JP5985911B2 - Instantaneous voltage adjustment device and instantaneous voltage adjustment method - Google Patents
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Description
本発明は、低圧配電線に電圧変動が生じた場合でも低圧側電圧を一定に調整することが可能な瞬時電圧調整装置及び瞬時電圧調整方法に関する。 The present invention relates to an instantaneous voltage adjustment device and an instantaneous voltage adjustment method capable of adjusting a low-voltage side voltage even when a voltage fluctuation occurs in a low-voltage distribution line.
近年、配電系統の進み力率によるフェランチ現象や、太陽光発電等の分散型電源からの逆潮流による低圧配電線の電圧上昇が問題となってきている。また、平成23年3月に発生した東北地方太平洋沖地震による電力供給不安から、国内では再生可能エネルギーへの転換の機運が高まっており、家庭用太陽光発電の導入が進み、これに伴う低圧配電線の電圧変動への影響が拡大することが想定される。 In recent years, the ferrant phenomenon due to the power factor of the distribution system, and the voltage rise of the low-voltage distribution line due to reverse power flow from a distributed power source such as solar power generation have become problems. In addition, due to the fear of power supply caused by the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake, the momentum for switching to renewable energy has increased in Japan. It is assumed that the influence on the voltage fluctuation of the distribution line will be expanded.
家庭用太陽光発電等の分散電源の増加に伴う低圧配電線の電圧変動に対応するため、電圧変動を検知しながら二次電圧を一定とするよう、一次タップ電圧を自動調整する機能を付加した柱上変圧器が提案されている(特許文献1参照)。 Added a function to automatically adjust the primary tap voltage so that the secondary voltage remains constant while detecting voltage fluctuations in order to cope with voltage fluctuations in low-voltage distribution lines due to the increase in distributed power sources such as solar power generation for home use. A pole transformer has been proposed (see Patent Document 1).
上記特許文献1記載の変圧器はタップ電圧を手動で変更する必要がないため、停電を伴わずに二次電圧の調整ができる点で非常に有効であるが、タップ電圧の切り替えが機械式であり、接触子は電気学会電気規格調査会標準規格JEC−2220によって求められる電流遮断性能および耐用切替回数(10万又は20万回)に耐えうる設計がされている。
Since the transformer described in
上記の如く、電気的,機械的に耐用回数に制限があることにより、20年の設計寿命を維持するためには切替感度を鈍らせたり、不感帯を設けて切替回数を減らす対応をしており、細かな電圧調整ができないといった欠点があった。 As mentioned above, due to the limited number of electrical and mechanical service life, in order to maintain the design life of 20 years, the switching sensitivity is dulled or a dead zone is provided to reduce the number of switching times. There was a drawback that fine voltage adjustment was not possible.
そこで、本発明は上記問題点を解消するために、二次電圧を半導体リレーの切り替えによって調整することで、切替回数の制限を無くすとともに、切り替えの高速化を実現できる瞬時電圧調整装置及び瞬時電圧調整方法を提案するものである。 Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention eliminates the limitation of the number of switching times by adjusting the secondary voltage by switching the semiconductor relay, and realizes an instantaneous voltage adjusting device and an instantaneous voltage that can realize high-speed switching. An adjustment method is proposed.
請求項1記載の発明は、200[V]の配電線に直接接続される電圧調整器として、一対の直列変圧器と、当該一対の直列変圧器の一次巻線の負荷側に接続される一次巻線および所定の電圧構成比を有する二次巻線から構成される補助変圧器と、補助変圧器の二次巻線に接続され、負荷側電圧の上昇量又は下降量に応じて当該二次巻線の電圧構成を切り替える半導体スイッチ回路と、前記直列変圧器の二次巻線に並列接続される短絡防止回路と、前記補助変圧器の二次巻線を、前記補助変圧器の一次巻線電圧を2n[V]刻みで調整する場合、前記直列変圧器のレシオが1/m[V]であれば、直列変圧器の二次巻線への印加電圧をn×m[V]刻みで調節可能な電圧構成比とし、前記半導体スイッチ回路と短絡防止回路を操作して前記補助変圧器の電圧構成を切り替えて、直列変圧器の二次巻線に印加する電圧を下降又は上昇させることにより、直列変圧器の一次巻線を介して200[V]の配電線の電圧を直接調整することを特徴とする。
The invention described in
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記補助変圧器の二次巻線は、1:3:9の電圧構成とすることを特徴とする。
The invention according to
請求項3記載の発明は、200[V]の配電線に直接接続される電圧調整器として、一対の直列変圧器を接続し、該直列変圧器の一次巻線の負荷側には補助変圧器を接続し、当該補助変圧器は、当該補助変圧器の一次巻線電圧を2n[V]刻みで調整する場合、前記直列変圧器のレシオが1/m[V]であれば、直列変圧器の二次巻線への印加電圧をn×m[V]刻みで調節可能な電圧構成比を有する複数の二次巻線を備え、補助変圧器の二次巻線に接続される半導体スイッチと短絡防止回路を操作することによって補助変圧器の二次巻線の電圧構成を切り替えて、直列変圧器の二次巻線に印加する電圧を下降又は上昇させることにより、直列変圧器の一次巻線を介して200[V]の配電線の電圧を直接調整することを特徴とする。
The invention described in
請求項1記載の発明によれば、二次電圧の調整を半導体スイッチによって実現できるので、切替回数に制限はなく、切替速度を高速化することができる。 According to the first aspect of the present invention, since the secondary voltage can be adjusted by the semiconductor switch, the number of switching is not limited, and the switching speed can be increased.
また、請求項1記載の発明によれば、補助変圧器の電圧構成比を可変することで、所望する刻み電圧で二次電圧の緻密な調整が可能となる。 Further, according to the first aspect of the invention, the voltage component ratio of the auxiliary transformer by varying, it is possible to dense adjustment of the secondary voltage in steps the voltage desired.
請求項2記載の発明によれば、補助変圧器のタップ数を減らして広範囲の電圧調整が可能となる。 According to the second aspect of the present invention, it is possible to adjust the voltage in a wide range by reducing the number of taps of the auxiliary transformer.
請求項3記載の発明によれば、上昇又は下降の何れの電圧調整も可能となる。 According to the third aspect of the invention, it is possible to adjust the voltage either upward or downward.
以下、本発明の実施の形態について図1乃至図5を用いて説明する。図1は本発明の瞬時電圧調整装置を具備した自動電圧調整型柱上変圧器Aを配電系統に設置した状態を示す図である。図1に示す自動電圧調整型柱上変圧器Aは、高圧6.6[kV]を低圧200/100[V]に変換するものであり、本発明の瞬時電圧調整装置はこの自動電圧調整型柱上変圧器に付属するものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5. FIG. 1 is a diagram showing a state in which an automatic voltage regulation type pole transformer A equipped with an instantaneous voltage regulation device of the present invention is installed in a distribution system. The automatic voltage adjustment type pole transformer A shown in FIG. 1 converts a high voltage of 6.6 [kV] to a low voltage of 200/100 [V], and the instantaneous voltage adjustment device of the present invention is the automatic voltage adjustment type. It is attached to the pole transformer.
つまり、低圧配電線路に接続された家庭用太陽光発電(PV)等の再生可能エネルギー等に起因する電圧変動を検知しながら二次電圧を一定とするよう調整する機能として瞬時電圧調整装置が柱上変圧器に付属するのである。 In other words, the instantaneous voltage regulator as a function of adjusting to the constant secondary voltage while detecting a voltage variation due to renewable energy such as household solar power is connected to a low pressure power distribution lines (PV) It is attached to the pole transformer.
図2は前記自動電圧調整型柱上変圧器Aの回路図である。前述したように、自動電圧調整型柱上変圧器Aは、6.6[kV]を200/100[V]に降圧する変圧器1に本発明に係る瞬時電圧調整装置2を付属して構成されている。
FIG. 2 is a circuit diagram of the automatic voltage regulation type pole transformer A. As described above, the automatic voltage regulation type pole transformer A is configured by attaching the instantaneous
瞬時電圧調整装置2は、変圧器1の二次巻線1bに直列接続される2つの変圧器(以下、直列変圧器という)3,4と、直列変圧器3,4の負荷側に直列接続される補助変圧器5と、直列変圧器3,4の二次巻線3b,4bと補助変圧器5の二次巻線5b,5c,5d間に接続される半導体スイッチ回路6と、直列変圧器3,4の二次巻線3b,4bに対して並列接続される短絡防止回路7によって構成されている。
The
前記半導体スイッチ回路5は、補助変圧器5の二次巻線5b,5c,5dに対して、複数のソリッドステイトリレーSSR1A〜1D,2A〜2D,3A〜3Dをブリッジ接続することによって構成されており、前記短絡防止回路7は、ソリッドステイトリレーSSRRと抵抗素子RUを直列接続し、直列変圧器3,4の二次巻線3b,4bに対して並列に、かつ、変圧器1の二次巻線1bの中性線に接続されている。
The
また、ソリッドステイトリレーSSR1A〜1D,2A〜2D,3A〜3Dは、図3に示すように、SSR※A,※DがONのときSSR※B,※CがOFFする「上げ」と、SSR※A,※DがOFFのときSSR※B,※CがONする「下げ」と、SSR※A,※BがONのときSSR※C,※DがOFFする「素通し」の3動作の何れかが実行されるものである(※は1〜3の何れか)。 In addition, as shown in FIG. 3, the solid state relays SSR1A to 1D, 2A to 2D, and 3A to 3D are “up” in which SSR * B and * C are turned off when SSR * A and * D are on, and SSR * When either A or * D is OFF, SSR * B or * C is turned “OFF”, or when SSR * A or * B is ON, SSR * C or * D is OFF Is executed (* is one of 1 to 3).
そして、前記補助変圧器5の2次巻線5b,5c,5dは、電圧構成が20[V],60[V],180[V]、つまり、1:3:9の電圧構成比を採用しており、SSR1(1A〜1D)が「上げ」動作のときは、直列変圧器3,4の二次巻線3b,4bの電圧を+20[V]調整することができ、SSR1(1A〜1D)が「下げ」動作のときは、直列変圧器3,4の二次巻線3b,4bの電圧を−20[V]調整することができ、SSR1(1A〜1D)が「素通し」動作のときは、直列変圧器3,4の二次巻線3b,4bの電圧を0[V]調節することができる。
The
同様に、SSR2(2A〜2D)が「上げ」動作のときは、直列変圧器3,4の二次巻線3b,4bの電圧を+60[V]調整することができ、SSR2(2A〜2D)が「下げ」動作のときは、直列変圧器3,4の二次巻線3b,4bの電圧を−60[V]調整することができ、SSR2(2A〜2D)が「素通し」動作のときは、直列変圧器3,4の二次巻線3b,4bの電圧を0[V]調節することができる。
Similarly, when SSR2 (2A to 2D) is in the “raising” operation, the voltage of
また、SSR3(3A〜3D)が「上げ」動作のときは、直列変圧器3,4の二次巻線3b,4bの電圧を+180[V]調整することができ、SSR3(3A〜3D)が「下げ」動作のときは、直列変圧器3,4の二次巻線3b,4bの電圧を−180[V]調整することができ、SSR3(3A〜3D)が「素通し」動作のときは、直列変圧器3,4の二次巻線3b,4bの電圧を0[V]調節することができる。
Further, when SSR3 (3A to 3D) is in the “raising” operation, the voltage of
この結果、直列変圧器3,4の二次電圧をSSR1〜SSR3の「上げ」,「下げ」,「素通し」動作の組み合わせによって、図4に示すように、直列変圧器3,4の二次巻線の電圧を−260[V]〜+260[V] まで、20[V] 刻みで調節することが可能となる。
As a result, the secondary voltage of the
そして、直列変圧器3,4のレシオが7/280Vであれば、各々の直列変圧器3,4の一次巻線3a,4aの電圧を−6.5[V]〜+6.5[V]まで0.5[V]刻みで調節することができ、2つの直列変圧器3,4によって合計−13[V] 〜+13[V]まで1[V] 刻みで補助変圧器5の一次巻線5aの電圧(出力電圧)を調節することが可能となる。
If the ratio of the
次に、前記瞬時電圧調整装置2の動作について説明する。図1に示すように家庭用太陽光発電PVの接続により低圧配電線に電圧変動が生じた場合、自動電圧調整型柱上変圧器Aは、図示しない電圧検知手段によってこれを検知し、図2に示す半導体スイッチ回路6のソリッドステイトリレーSSR1A〜1D,2A〜2D,3A〜3Dに対してON/OFF指令を出力する。
Next, the operation of the instantaneous voltage adjusting
例えば、電圧変動によって出力電圧が−5[V]となった際に+1[V]に調節する場合、図4に示すように、SSR1「上げ」,SSR2「上げ」,SSR3「下げ」の状態にあるソリッドステイトリレーを、SSR1「上げ」,SSR2「素通し」,SSR3「素通し」の状態へ移行させることにより、出力電圧を+1[V]に調節することができる。 For example, when the output voltage is adjusted to +1 [V] when the output voltage becomes -5 [V] due to voltage fluctuation, as shown in FIG. 4, the SSR1 “up”, SSR2 “up”, and SSR3 “down” states The output voltage can be adjusted to +1 [V] by shifting the solid state relay in the state of SSR1 “up”, SSR2 “through”, and SSR3 “through”.
この際、SSR1,SSR2,SSR3は、補助変圧器5が短絡しないように一旦全てをOFFする必要があるが、これにより、直列変圧器3,4の二次側のインピーダンスが無限大となって、直列変圧器3,4の一次側に200[V]がかかることになるので、直列変圧器3,4の二次側が高電圧(200[V]×280/7[V]=8000[V])となってしまう。
At this time, all of the SSR1, SSR2, and SSR3 need to be turned OFF once so that the
これを防止するために、出力電圧の調整をする際は、予め、短絡防止回路7のSSRRをONさせて直列変圧器3,4の二次側を低抵抗(例えば、50Ω)とした後に、SSR1〜SSR3を全てOFFしてから、新たにSSR(本実施例ではSSR1A,1D、SSR2A,2B、SSR3A,3B)をONする。これにより、出力電圧を−5[V]から+1[V]に調整することができる。
In order to prevent this, when adjusting the output voltage, after previously turning on the SSRR of the short-
図5は、電圧波形と上記SSR1〜SSR3,SSRRのON/OFFのタイミングを示す図であり、出力電圧が−5[V]のときにONしているSSR群をαとし、出力電圧が+1[V]のときにONするSSR群をβとしている。 FIG. 5 is a diagram showing voltage waveforms and the ON / OFF timings of the SSR1 to SSR3 and SSRR. The SSR group that is ON when the output voltage is −5 [V] is α, and the output voltage is +1. The SSR group that is turned on when [V] is β.
図5に示すように、SSR群αがON状態にあるとき出力電圧は−5[V]に調整されている。+1[V]に調整する目的で電圧ピーク時にSSR群αをOFF操作するがSSRの特性上、電流が流れている間はOFF動作することはない。 As shown in FIG. 5, when the SSR group α is in the ON state, the output voltage is adjusted to −5 [V]. For the purpose of adjusting to +1 [V], the SSR group α is turned off at the time of a voltage peak.
また、電圧ピーク時にSSRRをON操作するがSSRRの特性上、電圧がゼロになるまではON動作せず、電圧及び電流がゼロになった時にSSR群αがOFF動作し、SSRRがON動作して抵抗素子RUの素通し状態となる。 Also, the SSRR is turned on at the voltage peak, but due to the SSRR characteristics, it is not turned on until the voltage becomes zero. When the voltage and current become zero, the SSR group α is turned off and the SSRR is turned on. Thus, the resistance element RU is put through.
そして、抵抗素子RUが素通し状態の電圧ピーク時に、SSRRをOFF操作、SSR群βをON操作すると、電圧及び電流がゼロになった時にSSRRがOFF動作、SSR群βがON動作して出力電圧が+1[V]に調整される。 When the voltage of the resistance element RU is in the open state and the SSRR is turned off and the SSR group β is turned on, the SSRR is turned off and the SSR group β is turned on when the voltage and current become zero. Is adjusted to +1 [V].
つまり、電圧調整の切替時間は、図5に示す正弦波の半波で完了することができ、非常に高速での切り替えが可能となる。 That is, the voltage adjustment switching time can be completed with the half wave of the sine wave shown in FIG. 5, and switching at a very high speed is possible.
以上説明したように、本発明の瞬時電圧調整装置及び瞬時電圧調整方法は、出力電圧(二次電圧)の調整を半導体スイッチによって実現できるので、切替回数に制限はなく、切替速度を高速化することができる。 As described above, since the instantaneous voltage adjusting device and the instantaneous voltage adjusting method of the present invention can adjust the output voltage (secondary voltage) with a semiconductor switch, there is no limit on the number of times of switching, and the switching speed is increased. be able to.
なお、上記実施例では、補助変圧器の二次巻線5b,5c,5dを20[V],60[V],180[V]と、1:3:9の電圧構成比とすることで電圧調整幅を−13[V]〜+13[V]とした例について説明したが、1:3:9:27のようにして電圧調整幅をより広くとっても良い。
In the above embodiment, the
また、上記のように1:3:9の電圧構成比とすることにより、タップ数を減らして広範囲な電圧調整が可能となるが、20[V],40[V],80[V]といったように1:2:4のような異なる電圧構成比で電圧調整をしても良いことは当然である。 In addition, by setting the voltage composition ratio of 1: 3: 9 as described above, a wide range of voltage adjustment is possible by reducing the number of taps, but 20 [V], 40 [V], 80 [V], etc. Thus, it is natural that the voltage may be adjusted with different voltage composition ratios such as 1: 2: 4.
さらに、直列変圧器3,4のレシオは7/280[V]を例にとり説明したが、レシオを1/m[V]としたならば、直列変圧器3,4の二次巻線3b,4bへの印加電圧をn×m[V]刻みで調整可能な電圧構成比で補助変圧器の二次巻線5b〜5dを構成すれば、出力電圧を2n[V]刻みで調整することが可能となる。
Further, the ratio of the
本発明は、とりわけ柱上変圧器に付属して利用される可能性が高い。 The present invention is particularly likely to be used with a pole transformer.
1 柱上変圧器
2 瞬時電圧調整装置
3,4 直列変圧器
5 補助変圧器
6 半導体スイッチ回路
7 短絡防止回路
A 自動電圧調整型柱上変圧器
SSR,SSRR ソリッドステイトリレー
RU 抵抗素子
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