JP5917950B2 - 配電線の電圧調整方法および電圧調整器 - Google Patents

Description

本発明は、配電線の電圧調整方法および電圧調整器に関し、特に三相の各線間に現れる線間電圧（以下、単に「線間電圧」という）の管理と各相の電圧不平衡（以下、単に「不平衡」ともいう）の改善の両方を行う配電線の電圧調整方法および電圧調整器に関する。

近年、家庭用太陽光発電システム等をはじめとする分散型電源が普及しつつあり、地球環境の維持に寄与することが期待されている。この分散型電源は、配電系統に接続されると電力の需要と供給の流れを局所的に逆転させる。すなわち、分散型電源は配電系統に逆潮流を招く。一方、配電系統では、順方向の潮流における電圧降下が想定されており、その電圧降下分を補うように、供給側の電圧を予め高く設定している。逆潮流が生じると、想定された電圧降下が無くなるため、分散型電源が配電系統に接続された地点の電圧が局所的に上昇する。

この局所的な電圧上昇が、その周囲へ波及して配電系統の電圧を上昇させる。電圧上昇の程度が規定の許容範囲を逸脱すると障害の原因にもなる。そのため電圧調整器が、配電系統における送電地点と需要家の受電地点の間のフィーダに介在するように設けられる。電圧調整器は、配電系統の電圧を、昇圧方向と降圧方向の何れの変化に対しても、需要家の受電地点における受電電圧が規定の許容範囲に収まるように制御する。

配電線の電圧調整には、ＳＶＲ（Step Voltage Regulator）が、配電線の電圧降下を補償して電圧変動を改善する自動電圧調整器として好適である。このＳＶＲ等を用いて配電系統の線間電圧値を制御することにより電圧管理を行う。すなわち、配電系統における制御目標地点の線間電圧を基準電圧±許容範囲内にする電圧制御を行う。なお、制御目標地点は配電系統において、負荷条件等に応じて任意に設定される。

ただし、配電系統の線間電圧は、三相で平衡（以下、単に「三相平衡」という）しているという前提で電圧制御することが一般的である。したがって、電圧の昇降圧方向と加減量の何れの制御要素に関しても、各相による区別はなく、三相を一律の制御方向と一律の制御量で調整する。すなわち、各相の電圧を昇圧と降圧の何れか一方向に同程度で同時に調整する制御（以下、「三相一括制御」という）を行っている。

一方、単相負荷や単相負荷の性質を有する分散型電源が、三相のうち何れかの相に偏って接続された場合、三相の電圧が不平衡状態となる。三相の線路電流に不平衡が生じると線間電圧にも不平衡が生じる。不平衡が限度を超えると、需要家の受電地点における受電電圧が許容範囲から逸脱する。当然に需要家の機器に悪影響を与える等の障害が発生する虞がある。したがって、三相平衡の維持と電圧管理の両方を満足できるような配電線の電圧調整方法および電圧調整器が望まれている。

従来の電圧調整器において、三相の電圧が不平衡であるにもかかわらず、三相一括制御した場合、電圧調整器から出力される三相の電圧が何れの相も同じ割合で電圧調整される。したがって、従来の電圧調整器では、調整前の三相の電圧が不平衡状態なら調整後も不平衡状態のままであり、三相電圧の不平衡を解消することはできない。

例えば、ある１つの線間電圧が許容範囲を逸脱して著しく高い（低い）場合に、これを許容範囲内に収めるために、三相一括で大幅に下落（上昇）方向の制御をすることにより、他の線間電圧が許容範囲から低く（高く）外れてしまう場合がある。このように、三相一括制御では、配電系統の電圧不平衡が大きい場合、電圧不平衡に対する改善効果には限界がある。

そこで、この電圧不平衡を改善するようにした配電線の電圧調整方法および電圧調整器が知られている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、配電系統に複数の相を独立に電圧制御（以下、単に「各相制御」という）することが可能な電圧調整器を接続して、各相制御を行うという配電線の電圧調整方法および電圧調整器である。例えば、各相制御が可能な電圧調整器により、三相のうち二相の電圧をそれぞれ独立に調整する。三相の各線間電圧のうち、独立に調整した二相以外で残る一相の電圧を基準電圧として、前記二相の電圧の大きさを基準電圧の大きさに合わせるように電圧調整を行う。このような配電線の電圧調整方法および電圧調整器によれば、配電線の線間電圧が不平衡であっても、電圧調整器よりも負荷側の配電線に対して、その不平衡を是正することができる。

特開２０００−１１６００６号公報

しかしながら、特許文献１に開示された配電線の電圧調整方法および電圧調整器であっても、相別で完全に独立した電圧制御をすることは不可能である。なぜならば、各相の電圧は他の相に対して完全な独立性はなく、一相の相電圧はそれに付随する両側の線間電圧に影響するからである。したがって、１つまたは２つの線間電圧のみを基準電圧の範囲内に電圧制御したとしても、残る線間電圧が基準電圧の範囲から逸脱することがある。このように、三相平衡と電圧管理の両方を満足させることは難しいという問題がある。

本発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、各相制御を可能とする電圧調整器を用い、三相配電線の線間に現れる三相の電圧の不平衡を是正することと、基準電圧±許容範囲内に電圧を収める電圧管理との両方を定常的に行うことにより、障害を未然に防止する配電線の電圧調整方法および電圧調整器を提供することを目的とする。

本発明に係る配電線の電圧調整方法は、上記目的達成のため、三相配電線の線間に現れる三相の線間電圧の大きさを調整する電圧調整器を設けておき、基準電圧±許容範囲内に電圧を収めるように前記電圧調整器の出力電圧を調整する配電線の電圧調整方法であって、前記電圧調整器が前記三相の線間電圧の中で前記基準電圧との差異が最も大きい最大乖離電圧を検出する第１段階と、前記最大乖離電圧を前記基準電圧に近づけるように三相の電圧を独立して同時に加減する第２段階と、前記三相の線間電圧の全てが許容範囲内に入ったことを前記電圧調整器が検出する第３段階と、を備え、前記第２段階において、前記最大乖離電圧を生じさせる２つの相電圧を上昇あるいは下降させ、残る１つの相電圧を逆方向に下降あるいは上昇させ、前記第３段階に到達するかまたは調整を停止するまで前記第１段階および前記第２段階を繰り返し実行することを特徴とする配電線の電圧調整方法。

この方法により、三相の電圧をそれぞれ独立に調整し得る電圧調整器を設けて三相配電線の電圧を調整する。その電圧調整器は、三相の線間電圧を基準電圧±許容範囲内に電圧を収めるように出力電圧を調整する。その電圧調整器は、まず、第１段階として、三相の線間電圧の中で基準電圧との差異が最も大きい最大乖離電圧を検出する。つぎに、第２段階として、前記電圧調整器は、前記最大乖離電圧を基準電圧に近づけるように電圧を三相で独立して同時に加減する。そして、第３段階として、前記電圧調整器は、線間電圧が三相ともに許容範囲内に入ったことを検出する。また、前記電圧調整器は、前記第３段階に到達するまで、前記第１段階および前記第２段階を繰り返し実行する。なお、前記電圧調整器が、前記第３段階に到達しない場合は、前記第１段階および前記第２段階が際限なく繰り返し実行されることになるが、何らかの方法により出力電圧の調整動作を停止してもよい。

上記記載の配電線の電圧調整方法の前記第２段階においては、前記最大乖離電圧を生じさせる２つの相電圧を上昇あるいは下降させ、残る１つの相電圧を逆方向に下降あるいは上昇させることが好ましい。この方法により、基準電圧から著しく乖離した最大乖離電圧を生じさせている２つの相電圧をまず上昇あるいは下降させて基準電圧に近づける。その結果、半ば連動して過剰制御となる残る１つの相電圧を逆方向に戻すことで、適切な電圧管理が行われる。

上記記載の配電線の電圧調整方法の前記第２段階においては、各相の電圧をそれぞれ同一変化幅のステップ電圧で加減することが好ましい。この方法によれば、簡略な制御手段により目的が達成できる。

本発明に係る配電線の電圧調整器は、上記目的達成のため、三相配電線の線間に現れる三相の線間電圧の大きさを、基準電圧±許容範囲内に電圧を収めるように出力電圧を調整する制御手段を備えた電圧調整器であって、前記制御手段には、前記三相の線間電圧の中で前記基準電圧との差異が最も大きい最大乖離電圧を検出する最大乖離電圧検出部と、前記最大乖離電圧検出部が検出した前記最大乖離電圧を前記基準電圧に近づけるように三相を独立して同時に加減する三相独立電圧制御部と、前記三相独立電圧制御部が三相の電圧を加減したことにより前記三相の線間電圧の全てが許容範囲内に入って三相平衡状態であることを検知する三相平衡検知部と、を備え、前記三相独立電圧制御部は、前記最大乖離電圧を生じさせる２つの相電圧を上昇あるいは下降させ、残る１つの相電圧を逆方向に下降あるいは上昇させ、前記制御手段は、前記三相平衡検知部が前記三相平衡状態を検知するまで、前記最大乖離電圧検出部による前記最大乖離電圧の検出と、前記三相独立電圧制御部による各相の電圧加減を繰り返し実行することを特徴とする。

この構成による配電線の電圧調整器において、その制御手段が、三相配電線の線間に現れる三相すべての線間電圧の大きさを、基準電圧±許容範囲内に電圧を収めるように出力電圧を調整する。そのために、まず、最大乖離電圧検出部が、三相の線間電圧の中で基準電圧との差異が最も大きい最大乖離電圧を検出する。つぎに、三相独立電圧制御部が、最大乖離電圧検出部の検出した最大乖離電圧を基準電圧に近づけるように三相を独立して同時に加減する。ここで行われた制御が適切である場合、三相平衡検知部は、三相の線間電圧の全てが許容範囲内に入って三相平衡状態であることを検知する。一方、制御量が不適切である場合、制御手段は、三相平衡検知部が三相平衡状態を検知するまで、制御動作を繰り返す。すなわち、最大乖離電圧検出部による最大乖離電圧の検出と、三相独立電圧制御部による各相の電圧加減を繰り返し実行する。

上記記載の配電線の電圧調整器において、前記三相独立電圧制御部は、前記最大乖離電圧を生じさせる２つの相電圧を上昇あるいは下降させ、残る１つの相電圧を逆方向に下降あるいは上昇させることが好ましい。このことにより、基準電圧から著しく乖離した最大乖離電圧を生じさせている２つの相電圧をまず上昇あるいは下降させて基準電圧に近づける。その結果、半ば連動して過剰制御となる残る１つの相電圧を逆方向に戻すことで、適切な電圧管理が行われる。

上記記載の配電線の電圧調整器において、前記三相独立電圧制御部は、各相の電圧をそれぞれ同一変化幅のステップ電圧で加減することが好ましい。

本発明によれば、各相制御を可能とする電圧調整器を用い、三相配電線の線間に現れる三相の電圧の不平衡を是正することと、基準電圧±許容範囲内に電圧を収める電圧管理との両方を定常的に行うことにより、障害を未然に防止する配電線の電圧調整方法および電圧調整器を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る配電系統の電圧調整方法および電圧調整器を検証するシミュレーションモデルのブロック構成図である。 本発明の実施の形態に係るシミュレーションモデルにおいて、各需要家の線間電圧分布を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る電圧調整器により三相一括で出力電圧を切換えた場合のシミュレーション結果を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る電圧調整器により各相を独立制御した場合のシミュレーション結果である。 本発明の実施の形態に係る制御目標地点の線間電圧、相電圧のベクトル図である。 本発明の実施の形態に係る配電線の電圧調整方法の全体を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る電圧調整器のブロック構成図である。

以下、本発明の実施の形態について、図１に示す配電系統モデル１００（以下、単に「モデル１００」という）を用いたシミュレーションにより、その有用性の検証を行ったので、図面を参照して説明する。モデル１００は、電力供給源２０からフィーダ３０を経由して需要家１〜１０へ三相交流６．６ｋＶを配電する配電系統のモデルである。フィーダ３０には、電力供給源２０に近い需要家１から数字の順に遠隔となる需要家１０までの負荷が接続されている。需要家１〜１０はそれぞれフィーダ３０から不図示の柱上変圧器等を介して受電する。

周知のように、フィーダ３０には長さに比例した電気抵抗があり、フィーダ３０を流れる電流に比例した電圧降下が発生することを避けられない。したがって、電力供給源２０は、フィーダ３０その他不図示の介在設備における電圧降下分を予め上乗せした高めの電圧６．８ｋＶ前後をフィーダ３０に給電する。そうすることにより、電力供給源２０から最も遠隔地の需要家１０であっても、概ね６．６ｋＶを受電することが可能となる。

上述した理由により、公称６．６ｋＶの配電系統であっても、電力供給源２０は、予め６．８ｋＶ前後に設定された高めの電圧をフィーダ３０に給電する。さらに、フィーダ３０の途中で電圧降下した分に対しても、フィーダ３０の途中に介在された電圧調整器２１で適宜に昇圧補正する。すなわち、電圧調整器２１は６．７ｋＶ前後まで適宜昇圧した高めの電圧をフィーダ３０に給電する。このように、電力供給源２０は、ある程度の送電ロスを含んで送出する電力を、遠隔地の需要家１０の６．６ｋＶ需要に供している。

需要家１０は、配電系統におけるフィーダ３０の末端において、公称６．６ｋＶからさらに電圧降下した低い電圧で受電することを想定している。すなわち、公称６．６ｋＶの配電系統から変圧比６，４５０／１０５Ｖの柱上変圧器を介した低圧側で１０５Ｖを受電している。なお、モデル１００の公称１００Ｖの低圧側における電圧降下は、柱上変圧器で２．０Ｖ、低圧幹線で３．０Ｖ、低圧引込線で３．０Ｖと見込まれている。

電圧調整器２１はフィーダ３０の途中、すなわち、フィーダ３１とフィーダ３２の間に介挿されている。また、フィーダ３１はフィーダ３０のうち電力供給源２０に近い側であり、需要家１〜３が接続されている。フィーダ３２はフィーダ３０のうち電力供給源２０から遠い側であり、需要家４〜１０が接続されている。なお、フィーダ３１とフィーダ３２を合わせてフィーダ３０という。

電圧調整器２１は、単相の単巻変圧器を複数用いてＹ型に三相結線したものや、三相変圧器、あるいは半導体スイッチによってデジタル的に電圧調整する機器である。例えば、Ｙ型に三相結線された単相の単巻変圧器に、それぞれ相別に独立して動作する制御装置を備えて三相独立制御を可能にしている。三相独立制御は、上昇と下降の制御方向を三相独立に制御が可能であることを意味する。なお、シミュレーションはＹ結線で行った。

また、本実施形態においては、各相の電圧をそれぞれ同一のステップ電圧で加減する方法を採用しており、このことは、本発明に係る「各相の電圧をそれぞれ同一のステップ電圧で加減する方法」に該当する。

電圧調整器２１を構成する単相の単巻変圧器は、周知のように不図示の切換タップ付単巻変圧器のタップを最適選択して切換制御することにより、所望のステップで電圧を調整することを可能にしている。電圧調整器２１は、従来の三相一括制御に代えて三相独立制御を可能にするための制御手段２５（図７参照）を備えている。そのため、電圧調整器２１は三相独立制御することが可能であり、前記不平衡を是正することと、基準電圧±許容範囲に電圧を収める電圧管理とを両立させる機能を有する。

需要家１〜１０の一部には、三相配電系統に対して大きく偏った単相負荷の電力需要がある。そのため、モデル１００における三相の電圧には、許容範囲を逸脱する不平衡を生じている。電圧調整器２１は、三相独立制御することにより、モデル１００において、不平衡を改善することと、電圧を管理することの両方に対して対応可能となっている。

以下、モデル１００に精密な数値を代入してシミュレーションを進める。電力供給源２０は、６．８ｋＶ、ｊ０．３８９Ωで電力供給する変電設備である。この電力供給源２０は、フィーダ３０の全長５．０ｋｍに及んで０．５ｋｍごとの等間隔に接続された需要家１〜１０に配電している。また、需要家５、７、９には、単相負荷だけに偏った需要がある。具体的には、需要家５、７がフィーダ３２のｂｃ線間に単相負荷のみを接続してそれぞれ８５０ｋＷを消費している。同様に、需要家９がフィーダ３２のｃａ線間に単相負荷のみを接続して８５０ｋＷを消費している。その他の需要家１、２、３、４、６、８、１０は、平衡した三相負荷のみをフィーダ３０に接続してそれぞれ３００ｋＷを消費している。

電圧調整器２１は、需要家３と需要家４の間のフィーダ３０に接続され、需要家１０の位置を制御目標地点に設定している。電圧調整器２１は、上述したように各相制御が可能である。なお、各相制御には２つの相を独立制御する二相独立制御と、３つの相を独立制御する三相独立制御が含まれる。各相制御において、二相独立制御で足りる場合もあるし、適宜三相独立制御を実行するように状況に応じて使い分ければよい。

柱上変圧器の変圧比は６，４５０／１０５Ｖであり、低圧側の電圧降下は、以下のとおりである。
柱上変圧器：２．０Ｖ
低圧幹線：３．０Ｖ
低圧引込線：３．０Ｖ
これにより、低圧側の電圧管理幅１０１±６Ｖを高圧側に換算すると、６，３２７Ｖ〜６，５７３Ｖとなる。

ここで、電圧不平衡率Ｖ_ｋを定義してシミュレーションする。

図２は各需要家の線間電圧分布を示すグラフである。初期状態の需要家１０地点の線間電圧は下記のとおりである。また、これらの電圧不平衡率は３．１１％である。なお、本実施形態に係る需要家１０地点の線間電圧は、本発明に係る線間電圧を意味する。
ａｂ線間：６，５１９Ｖ
ｂｃ線間：６，４４１Ｖ
ｃａ線間：６，１８７Ｖ 電圧管理幅を著しく逸脱している。

シミュレーションによる電圧調整器２１の設定条件を表１に示す。ここで、基準電圧±１．０％に対応する電圧不平衡率は１．３３％以下となる。

つぎに、シミュレーション結果を説明する。
（１） 三相一括制御
図３は三相一括で電圧調整器２１の出力電圧を切換えた場合のシミュレーション結果を示すグラフである。電圧調整器２１の出力電圧は、初期状態で電圧管理幅６，３２７Ｖ〜６，５７３Ｖから逸脱している。ｃａ線間電圧を管理幅に収めるように２ステップ電圧分昇圧した。その結果ｃａ線間電圧は電圧管理幅に収まるが、ａｂ線間電圧、ｂｃ線間電圧が逸脱してしまった。また、電圧不平衡率は３．２２％となり、初期状態と比べて改善されなかった。

（２） 各相制御
図４は各相制御が可能な電圧調整器２１により、本発明の制御方法を実行した場合のシミュレーション結果である。出力電圧を初期状態からａ相電圧およびｃ相電圧を３ステップ分昇圧し、ｂ相電圧を３ステップ分降圧したところで、線間電圧はすべて管理幅に収まり、電圧不平衡率は０．５８％となった。ここで、電圧不平衡率は表１の設定条件の基準電圧±１．０％に対応する１．３３％以下に改善されている。

また、各相制御が可能な電圧調整器２１の設置位置から負荷側の各需要家の電圧不平衡率がすべて改善されていることが確認できる。

表２に電圧制御および電圧不平衡率の改善効果を示す。

このように電圧不平衡の配電系統における電圧制御および電圧不平衡の改善は、電圧調整器２１の出力を三相一括で制御することでは対応が困難である。しかし、各相制御が可能な電圧調整器２１を用いて、本発明に係る簡便な制御を行うことにより、定常的に配電系統の電圧制御および電圧不平衡率の改善ができることをシミュレーションにより示した。

なお、本実施形態に係るモデル１００は、図１に示したように、単一の電圧供給源２０から一方向に配電する配電系統であるが、このモデル１００は一例に過ぎない。本発明に係る配電線の電圧調整方法および電圧調整器は、分散型電源が不平衡配置され、逆潮流等による影響も含まれている配電系統に適用可能である。例えば、家庭用太陽光発電システムから得られた単相電力を、配電系統の三相のうちいずれか一相に逆潮流させて生じた不平衡を改善するような場合にも好適である。また、本実施形態に係る配電線は、本発明に係る配電線を意味する。

さらに、電圧調整器２１の１ステップの電圧調整幅は予め定められた固定幅１００Ｖであるが、固定幅１００Ｖに限定することなく、状況に応じて最適な電圧調整幅を設定できるように制御してもよい。電圧調整幅には無段階も含めるものとする。なお、本実施形態に係る電圧調整器２１は、本発明に係る電圧調整器を意味する。

以下、図５〜図６に沿って、本発明の実施の形態に係る配電線の電圧調整方法および電圧調整器をより具体的に説明する。図５は本発明の実施の形態に係る制御目標地点、すなわち需要家１０（図１）における線間電圧と相電圧のベクトル図である。図６は本発明の実施の形態に係る配電線の電圧調整方法の全体を示すフローチャートである。

（準備段階（Ｓ１））
図５に示す線間電圧と相電圧のベクトル図において、制御目標地点の基準電圧を６，６００Ｖとし、線間電圧ａｂ＝６，７００Ｖ、ｂｃ＝７，０００Ｖ、ｃａ＝６，６００Ｖとする。なお、本実施形態に係る基準電圧は、本発明に係る基準電圧を意味する。

（第１段階（Ｓ１０））
基準電圧との差異が最も大きい線間電圧はｂｃとなる。すなわち、電圧調整器２１が、三相の線間電圧ａｂ，ｂｃ，ｃａの中で基準電圧６，６００Ｖとの差異が４００Ｖとなり最も大きい最大乖離電圧ｂｃ＝７，０００Ｖを検出する第１段階（Ｓ１０）を実行する。ここで、基準電圧との差異は各線間電圧の大きさのみを比較する。なお、本実施形態に係る基準電圧６，６００Ｖとの差異が最も大きい電圧線間ｂｃ＝７，０００Ｖのことを最大乖離電圧と呼び、本発明に係る最大乖離電圧を意味する。

また、本実施形態に係る第１段階（Ｓ１０）は、本発明に係る第１段階に該当し、電圧調整器が、三相の線間電圧の中で基準電圧値との差異が最も大きい最大乖離電圧を検出する工程を意味する。

（第２段階（Ｓ２０））
最大乖離電圧ｂｃ＝７，０００Ｖが基準電圧６，６００Ｖに近づくように各相電圧を、あるステップ電圧で同時に昇圧または降圧する。電圧調整器２１が、線間電圧ｂｃ＝７，０００Ｖを基準電圧６，６００Ｖと比較して、基準電圧６，６００Ｖに近づけるために、電圧を下げるように調整する。このように、電圧調整器２１が、最大乖離電圧ｂｃ＝７，０００Ｖを基準電圧６，６００Ｖに近づけるように三相の相電圧を三相独立して加減する第２段階（Ｓ２０）を実行する。このように第２段階（Ｓ２０）において、まず、最大乖離電圧を基準電圧に近づける。このことにより、基準電圧から著しく乖離した最大乖離電圧を生じさせている２つの相電圧をまず下降させて基準電圧に近づける。その結果、半ば連動して過剰制御となる残る１つの相電圧を逆方向に戻すことで、適切な電圧管理が行われる。

なお、本実施形態に係る第２段階（Ｓ２０）は、本発明に係る第２段階に該当し、最大乖離電圧を基準電圧値に近づけるように三相を独立して加減する工程を意味する。同様に、本実施形態に係る第２段階（Ｓ２０）において「最大乖離電圧を生じさせる２つの相電圧を上昇あるいは下降させ、残る１つの相電圧を逆方向に下降あるいは上昇させる」とは、本発明に係る「最大乖離電圧を生じさせる２つの相電圧を上昇あるいは下降させ、残る１つの相電圧を逆方向に下降あるいは上昇させる」ことに該当する。このような三相独立制御により、実際の不平衡および電圧乖離の状態に対して、より迅速確実に不平衡を是正しながら電圧管理も目標達成できる。

詳しくは、図５における相電圧ｏｂ´と相電圧ｏｃ´に示すように、相電圧ｏｂと相電圧ｏｃをあるステップ電圧で小さくする。同時に相電圧ｏａを図５における相電圧ｏａ´に示すように、あるステップ電圧で大きくする。これによって、図５に線間電圧ａ´ｂ´，ｃ´ａ´で示すように、線間電圧ｂｃ以外の線間電圧ａｂ，ｃａの大きさをほとんど変化させることなく、線間電圧ｂ´ｃ´で示すように、線間電圧ｂｃを小さくすることができる。

なお、本発明の要旨は、以下に示す三相独立制御である。すなわち、線間電圧ｂｃを小さくするために相電圧ｏｂとｏｃを小さくすると、線間電圧ａｂとｃａも同時に小さくなってしまう。それを抑制するために、相電圧ｏａを大きくしている。

（第３段階（Ｓ３０））
第３段階（Ｓ３０）において、三相の線間電圧ａｂ、ｂｃ、ｃａの全てが基準電圧６，６００Ｖに対して許容範囲±６０Ｖ以内に入ったことを電圧調整器２１が検出すれば、電圧調整を完了する。一方、第３段階（Ｓ３０）に到達するまでは、第１段階および第２段階（Ｓ２０）を繰り返し実行する。

なお、本実施形態に係る第３段階（Ｓ３０）は、本発明に係る第３段階に該当し、三相の線間電圧の全てが許容範囲内に入ったことを電圧調整器が検出する工程を意味する。

なお、電圧調整器２１が、第３段階（Ｓ３０）に到達しない場合は、第１段階（Ｓ１０）および第２段階（Ｓ２０）を際限なく繰り返し実行することになる。しかし、それでは装置が劣化する等の不都合が生じるので、実際には図示せぬ手段により、例えば１０回繰り返したならば電圧調整を停止するようなプログラムにより適切に制御される。

なお、本実施形態に係る「繰り返し実行する」工程は、本発明に係る「第３段階に到達するかまたは調整を停止するまで前記第１段階および前記第２段階を繰り返し実行する」工程を意味する。

図６において、制御目標地点、すなわち需要家１０の線間電圧をそれぞれａｂ，ｂｃ，ｃａと略して示す。制御目標地点の基準電圧をｒｅｆと略す。また、許容範囲をｔｏｌと略す。

線間電圧ａｂ，ｂｃ，ｃａの中でｒｅｆとの差異が最も大きい最大乖離電圧を選定する（Ｓ１０）。つぎに、最大乖離電圧がａｂである場合には、ａｂ＞ｒｅｆかを判断する（Ｓ２１）。Ｓ２１がＹＥＳであれば、相電圧ｏａ，ｏｂをあるステップ電圧で小さくし、同時に相電圧ｏｃをあるステップ電圧で大きくする（Ｓ２２）。Ｓ２１がＮＯであれば、相電圧ｏａ，ｏｂをあるステップ電圧で大きくし、同時に相電圧ｏｃをあるステップ電圧で小さくする（Ｓ２３）。

同様に、最大乖離電圧がｂｃである場合には、ｂｃ＞ｒｅｆかを判断する（Ｓ２４）、Ｓ２４がＹＥＳであれば、相電圧ｏｂ，ｏｃをあるステップ電圧で小さくし、同時に相電圧ｏａをあるステップ電圧で大きくする（Ｓ２５）。Ｓ２４がＮＯであれば、相電圧ｏｂ，ｏｃをあるステップ電圧で大きくし、同時に相電圧ｏａをあるステップ電圧で小さくする（Ｓ２６）。

同様に、最大乖離電圧がｃａである場合には、ｃａ＞ｒｅｆかを判断する（Ｓ２７）、Ｓ２７がＹＥＳであれば、相電圧ｏｃ，ｏａをあるステップ電圧で大きくし、同時に相電圧ｏｂを、あるステップ電圧で大きくする（Ｓ２８）。Ｓ２７がＮＯであれば、相電圧ｏｃ，ｏａを、あるステップ電圧で大きくし、同時に相電圧ｏｂを、あるステップ電圧で小さくする（Ｓ２９）。

線間電圧ａｂ，ｂｃ，ｃａは基準電圧ｒｅｆ±ｔｏｌの範囲にあるかを判断する（Ｓ３０）。Ｓ３０がＹＥＳであれば、電圧調整を終了し、Ｓ３０がＮＯであれば、Ｓ１０に戻り、Ｓ１０とＳ２０を再度実行する。このようにして、線間電圧ａｂ，ｂｃ，ｃａが基準電圧ｒｅｆ±ｔｏｌの範囲に収まるまでステップ電圧による電圧調整を繰り返す。

以下、図６に示したフローチャートの準備段階Ｓ１において、制御目標地点の基準電圧ｒｅｆ＝６，６００Ｖと、許容範囲ｔｏｌ＝６０Ｖと、各線間電圧ａｂ＝６，７００Ｖ、ｂｃ＝７，０００Ｖ、ｃａ＝６，６００Ｖとして、より詳しく説明する。すなわち、既に用いた現実的な数値を代入して、Ｓ１０、Ｓ２４、Ｓ２５、Ｓ２６、Ｓ３０の各段階の処理を明示している。

線間電圧ａｂ=６，７００Ｖ，ｂｃ＝７，０００Ｖ，ｃａ＝６，６００Ｖの中で基準電圧ｒｅｆとの差異が最も大きい線間電圧ｂｃ＝７，０００Ｖを選定する（Ｓ１０）。つぎに、ｂｃ＞ｒｅｆかｂｃの方が大きいのでＹＥＳと判断する（Ｓ２４）、Ｓ２４がＹＥＳなので、相電圧ｏｂ，ｏｃをあるステップ電圧で小さくし、同時に相電圧ｏａを、あるステップ電圧で大きくする（Ｓ２５）。すなわち、相電圧ｏｂをｏｂ´と小さくするとともに、相電圧ｏｃをｏｃ´と小さくする。それと同時に相電圧ｏａをｏａ´と大きくする。Ｓ２５において、ｂｃはｂ´ｃ´となり大きさが小さくなるが、ａｂ，ｃａはそれぞれａ´ｂ´，ｃ´ａ´となり大きさはほとんど変わらない。

なお、Ｓ２４がＹＥＳなので、Ｓ２４がＮＯの場合はなくＳ３０へ移行する。線間電圧ａｂ，ｂｃ，ｃａは基準電圧ｒｅｆ±ｔｏｌの範囲にあるかを判断する（Ｓ３０）。Ｓ３０がＹＥＳであれば、電圧調整器２１は電圧調整を終了する。もし、Ｓ３０がＮＯであれば、Ｓ１０に戻り、Ｓ１０とＳ２０を再度実行する。このようにして、線間電圧ａｂ，ｂｃ，ｃａが基準電圧ｒｅｆ±ｔｏｌの範囲に収めるまでステップ電圧による電圧調整を繰り返す。

このような配電線の電圧調整方法および電圧調整器によれば、線間電圧ａｂ＝６，７００Ｖ、ｂｃ＝７，０００Ｖ、ｃａ＝６，６００Ｖ、基準電圧ｒｅｆ＝６，６００Ｖ、許容範囲ｔｏｌ＝６０Ｖという条件から、基準電圧ｒｅｆ＝６，６００Ｖに対してａｂで１００Ｖ、ｂｃ＝４００Ｖと大幅に逸脱して、不平衡であった場合にも、電圧管理幅６，５４０〜６，６６０Ｖの範囲内に収めることが可能である。

なお、本実施形態において電圧調整器２１には、主要構成部に単相の単巻変圧器を用いているが、これに限定する必要はなく、半導体で構成された同等機能のものでも構わない。そのような半導体装置により、上述したステップ電圧の電圧幅を任意の無段階に設定してもよい。

つぎに、図７に沿って、各相制御が可能な電圧調整器２１の内部構成を説明する。電圧調整器２１は、図７の左側に示されたフィーダ３１から電力を受け、図７の右側に示されたフィーダ３２に電力を出力する。この電圧調整器２１は、制御手段２５により主要部が構成されている。制御手段２５は、最大乖離電圧検出部２２と、三相独立電圧制御部２３と、三相平衡検知部２４を備えて構成されている。最大乖離電圧検出部２２は、三相の線間電圧ａｂ，ｂｃ，ｃａの中で基準電圧ｒｅｆとの差異が最も大きい最大乖離電圧を検出するものである。三相独立電圧制御部２３は、最大乖離電圧検出部２２が検出した最大乖離電圧を基準電圧ｒｅｆに近づけるように三相の相電圧ｏａ，ｏｂ，ｏｃを独立して同時に加減し、相電圧ｏａ´，ｏｂ´，ｏｃ´に制御するものである。三相平衡検知部２４は、三相の線間電圧ａｂ´，ｂｃ´，ｃａ´の全てが許容範囲内、すなわち基準電圧ｒｅｆ±ｔｏｌの範囲に入って三相平衡状態であることを検知した時、制御手段２５に電圧調整の完了を通知するものである。

この電圧調整器２１において、その制御手段２５が、三相配電線の線間に現れる三相すべての線間電圧ａｂ，ｂｃ，ｃａの大きさを、基準電圧ｒｅｆ±許容範囲内に電圧を収めるように出力電圧を調整する。そのために、まず、最大乖離電圧検出部２２が、三相の線間電圧ａｂ，ｂｃ，ｃａの中で基準電圧ｒｅｆとの差異が最も大きい最大乖離電圧を検出する。つぎに、三相独立電圧制御部２３が、最大乖離電圧検出部２２の検出した最大乖離電圧を基準電圧ｒｅｆに近づけるように三相を独立して同時に加減する。ここで行われた制御が適切である場合、三相平衡検知部２４は、三相の線間電圧ａｂ，ｂｃ，ｃａの全てが許容範囲内に入って三相平衡状態であることを検知する。一方、制御量が不適切である場合、制御手段２５は、三相平衡検知部２４が三相平衡状態を検知するまで、制御動作を繰り返す。すなわち、最大乖離電圧検出部２２による最大乖離電圧の検出と、三相独立電圧制御部２３による各相の電圧加減を繰り返し実行する。

なお、本実施形態に係る制御手段２５と、最大乖離電圧検出部２２と、三相独立電圧制御部２３と、三相平衡検知部２４は、それぞれ本発明に係る制御手段と、最大乖離電圧検出部と、三相独立電圧制御部と、三相平衡検知部に該当する。

以上説明したように、本発明によれば、各相制御を可能とする電圧調整器を用い、三相配電線の線間に現れる三相の電圧の不平衡を是正することと、基準電圧±許容範囲内に電圧を収める電圧管理との両方を定常的に行うことにより、障害を未然に防止する配電線の電圧調整方法および電圧調整器を提供することができる。特に家庭用太陽光発電システム等をはじめとする分散型電源の普及によって、三相の電圧の不平衡が生じやすい配電環境における配電線の電圧調整方法および電圧調整器として有用である。

１〜１０ 需要家
２０ 電力供給源
２１ 電圧調整器
２２ 最大乖離電圧検出部
２３ 三相独立電圧制御部
２４ 三相平衡検知部
２５ 制御手段
３０，３１，３２ フィーダ
１００ シミュレーションモデル
ｏａ，ｏｂ，ｏｃ 相電圧
ａｂ，ｂｃ，ｃａ 線間電圧
ｒｅｆ 基準電圧
Ｓ１０ 第１段階
Ｓ２０ 第２段階
Ｓ３０ 第３段階

Claims (4)

1. 三相配電線の線間に現れる三相の線間電圧の大きさを調整する電圧調整器を設けておき、基準電圧±許容範囲内に電圧を収めるように前記電圧調整器の出力電圧を調整する配電線の電圧調整方法であって、
   前記電圧調整器が前記三相の線間電圧の中で前記基準電圧との差異が最も大きい最大乖離電圧を検出する第１段階と、
   前記最大乖離電圧を前記基準電圧に近づけるように三相の電圧を独立して同時に加減する第２段階と、
   前記三相の線間電圧の全てが許容範囲内に入ったことを前記電圧調整器が検出する第３段階と、を備え、
   前記第２段階において、前記最大乖離電圧を生じさせる２つの相電圧を上昇あるいは下降させ、残る１つの相電圧を逆方向に下降あるいは上昇させ、
   前記第３段階に到達するかまたは調整を停止するまで前記第１段階および前記第２段階を繰り返し実行することを特徴とする配電線の電圧調整方法。
2. 前記第２段階において、各相の電圧をそれぞれ同一変化幅のステップ電圧で加減することを特徴とする請求項１に記載の配電線の電圧調整方法。
3. 三相配電線の線間に現れる三相の線間電圧の大きさを、基準電圧±許容範囲内に電圧を収めるように出力電圧を調整する制御手段を備えた電圧調整器であって、
   前記制御手段には、
   前記三相の線間電圧の中で前記基準電圧との差異が最も大きい最大乖離電圧を検出する最大乖離電圧検出部と、
   前記最大乖離電圧検出部が検出した前記最大乖離電圧を前記基準電圧に近づけるように三相を独立して同時に加減する三相独立電圧制御部と、
   前記三相独立電圧制御部が三相の電圧を加減したことにより前記三相の線間電圧の全てが許容範囲内に入って三相平衡状態であることを検知する三相平衡検知部と、を備え、
   前記三相独立電圧制御部は、前記最大乖離電圧を生じさせる２つの相電圧を上昇あるいは下降させ、残る１つの相電圧を逆方向に下降あるいは上昇させ、
   前記制御手段は、前記三相平衡検知部が前記三相平衡状態を検知するまで、前記最大乖離電圧検出部による前記最大乖離電圧の検出と、前記三相独立電圧制御部による各相の電圧加減を繰り返し実行することを特徴とする電圧調整器。
4. 前記三相独立電圧制御部は、各相の電圧をそれぞれ同一変化幅のステップ電圧で加減することを特徴とする請求項３に記載の電圧調整器。

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