JP6666109B2 - サイリスタ式自動電圧調整器及びその自動電圧調整方法 - Google Patents
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Description
本発明は、配電線の電圧調整を各相個別制御とし、三相不平衡電圧の是正を可能としたサイリスタ式自動電圧調整器及びその自動電圧調整方法に関する。
近年、低炭素社会の実現に向けて、再生可能エネルギーの大量導入が進められている。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、国内の再生可能エネルギーへの転換の機運は更に高まってきた。
一方で、再生可能エネルギーが配電系統に大量に連系されると、急激な電圧変動が発生する恐れがある。高圧配電系統では負荷時タップ切換変圧器や自動電圧調整器などで適正電圧範囲内に収まるように制御されてはいるが、高圧配電系統への再生可能エネルギーの連系や家庭用太陽光発電等の大量導入に伴う急激な電圧変動への対応は難しい。
そこで、近年、急激な電圧変動への対応が可能であり、電圧調整を高速かつ多頻度に行えるサイリスタ式自動電圧調整器が注目されている（下記特許文献１参照）。
現在の配電線の電圧管理は、初夜ピーク時に三相電圧が平衡になるように負荷バランスを管理しているが、太陽光発電等の大量連系時においては、逆潮流による電圧上昇により昼間の三相電圧不平衡が拡大し、初夜ピーク時における三相電圧不平衡とは違った様相となることが予想される。
そこで、昼間においても三相不平衡電圧を是正する必要が生じるが、上記特許文献1記載のサイリスタ式自動電圧調整器は、相間に接続したタップ切換器のサイリスタを三相一括で電圧調整するので、三相不平衡電圧の是正ができなかった。
そこで、本発明は、従来のサイリスタ式自動電圧調整器を改良して、各相制御による電圧調整を可能とし、配電線の三相電圧不平衡を是正することのできるサイリスタ式自動電圧調整器及びその自動電圧調整方法を提供する。
請求項１記載の発明は、変圧器、サイリスタ式タップ切換器、制御装置の各部で構成され、三相交流配電線路の相間に挿入してＶ結線される２つの電圧調整変圧器の低圧回路側と、前記三相交流配電線路に対し各々直列に挿入してＹ結線される直列変圧器の低圧回路側を、前記サイリスタ式タップ切換器で結合し、サイリスタを切り換えて前記電圧調整変圧器のタップを切り換えるサイリスタ式自動電圧調整器において、前記制御装置は、前記サイリスタを制御する電気信号を各相個別に制御することによって、配電線の電圧を予め設定してある基準電圧に調整しつつ、三相不平衡電圧の各相間電圧の中央値が前記電圧調整変圧器を挿入していない相間の電圧となるようにサイリスタ式タップ切換器をタップ選択するように制御することにより、三相電圧の不平衡率を低くすることに特徴を有する。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記制御装置が、配電線電圧の前記基準電圧への調整効果が最大となるように、前記基準電圧への調整動作と、三相電圧の不平衡率低減動作を実行するよう制御することに特徴を有する。
請求項３記載の発明は、変圧器、サイリスタ式タップ切換器、制御装置の各部で構成され、三相交流配電線路の相間に挿入してＶ結線される２つの電圧調整変圧器の低圧回路側と、前記三相交流配電線路に対し各々直列に挿入してＹ結線される直列変圧器の低圧回路側を、前記サイリスタ式タップ切換器で結合し、サイリスタを切り換えて前記電圧調整変圧器のタップを切り換えるサイリスタ式自動電圧調整器において、配電線路の電圧を監視してタップ切換えを行うサイリスタ式タップ切換器を各相個別に制御し、タップ切換に応じた電圧を配電線電圧に重畳して配電線路の電圧を基準電圧に調整するとともに、前記配電線路の三相不平衡電圧を是正するために、三相不平衡電圧の各相間電圧の中央値が前記電圧調整変圧器を挿入していない相間の電圧となるようにタップ切換し、かつ、配電線電圧の前記基準電圧への調整効果が最大となるように、前記基準電圧への調整動作と、三相電圧の不平衡率低減動作を実行することに特徴を有する。
請求項１記載の発明によれば、零相電圧の拡大を防止しつつ、配電線電圧の基準電圧への調整効果と、三相不平衡率の減少効果の双方を得ることができる。
また、請求項１記載の発明によれば、三相不平衡率の調整効果を向上させることができる。
請求項２記載の発明によれば、基準電圧への調整効果を減らすことなく、三相不平衡率の調整効果を向上させることができる。
請求項３記載の発明によれば、配電線電圧の基準電圧への調整および三相不平衡率の調整後に、配電線電圧の基準電圧とのズレが調整前よりも大きくなることを確実に防止しつつ三相不平衡率を低減することができるとともに、三相不平衡率の低減時に零相電圧が拡大することを防止できる。
以下、本発明の実施の形態を図１乃至図４により説明する。図１は本発明に係るサイリスタ式自動電圧調整器Ａを示す回路図である。図１において、１は三相配電系統の各相に二次巻線１ｂを直列接続するＹ結線の直列変圧器であり、１ａは直列変圧器１の一次巻線を示している。
２は各相間に並列接続されるＶ結線の電圧調整変圧器であり、２ａは電圧調整変圧器２の一次巻線を示し、２ｂは電圧調整変圧器２の二次巻線を示している。
３は電圧調整変圧器２の二次巻線２ｂに接続されるサイリスタによって構成したサイリスタ式タップ切換器であり、直列変圧器１の一次巻線１ａに接続される。
４は三相電圧を取得するため、配電線路の相間に並列接続した二次電圧取得用ＶＴである。
次に、本発明のサイリスタ式自動電圧調整器Ａの動作を説明する。負荷変動によって配電線路の電圧が変動すると、図示しない制御部から出力される電気信号によって、配電線路の一次電圧と基準電圧の差を小さくするようサイリスタ式タップ切換器３のタップ選択が行われ、それに応じてサイリスタによるタップ切換えが実行される。
このとき、サイリスタ式タップ切換器３は調整電圧を各相個別に制御する。各調整電圧は直列変圧器１の一次巻線１ａに加えられ、直列変圧器１の二次巻線１ｂには、直列変圧器１の巻数比に比例した調整電圧が誘起され、配電線路の電圧を基準電圧に近づける。
各相個別制御により、図１に示すＵＶ相とＶＷ相の調整電圧の大きさは異なるので、三相不平衡の電圧を直列変圧器１に印加することができ、三相不平衡電圧の是正を可能とする。
図２は上記各相制御のイメージを説明するベクトル図である。電圧調整変圧器２の調整電圧（Vtapuv，Vtapvw）を直列変圧器１の一次巻線１ａに印加し、直列変圧器１の二次巻線１ｂには、直列変圧器１の巻数比に比例した調整電圧（VTapu，VTapv，VTapw）が誘起されることで二次電圧が調整される。
このとき、電圧調整変圧器２の調整電圧Vtapuvと二次電圧V2uv、調整電圧Vtapvwと二次電圧V2vwのベクトル方向は同一となり、その調整電圧間の位相差θtapvは二次電圧の位相差θv2vと同じになる。
そして、調整電圧（Vtapuv、Vtapvw）をY結線にして直列変圧器１の一次巻線１ａに加えるため、直列変圧器１の一次巻線１ａには、印加された三角形の重心を中性点とした各タップ電圧（Vtapu，Vtapv，Vtapw）が直列変圧器１に加わることとなり、各相個別の電圧調整が可能となる。なお、電圧調整変圧器２で調整できる電圧はVtapuvとVtapvwのみとなり、Vtapwuは両者の合成となる。
図３は一次側の入力電圧を三相不平衡とし、図１に示すサイリスタ式自動電圧調整器Ａで各相制御を行った場合の三相不平衡電圧の調整効果を示している。サイリスタ式自動電圧調整器Ａは電圧調整変圧器２がＶ結線のため、調整できる電圧がVuvとVvwのみとなりVwuは調整できない。よって、有効に電圧不平衡が解消できるのは三相不平衡電圧の各相の中央値がVwuの場合（Ｎｏ．３）となる。つまり、サイリスタ式自動電圧調整器Ａで各相制御を行う場合、不平衡電圧の中央値がVwuとなるように運用することが重要となる。
図４に実測電圧を基にした電圧調整効果を示す。三相不平衡電圧の中央値がVwuの場合（Ｎｏ．１，２，３）は不平衡調整効果が大きいが、中央値がVwuでない場合（Ｎｏ．４−１，５−１）は調整効果が小さい。しかし三相不平衡電圧の中央値がVwuとなるように接続を変更した場合（Ｎｏ．４−２，５−２）は大きな不平衡調整効果が得られる。
一方、不平衡率調整効果が最大の場合、不平衡率は減少するが基準電圧からのずれが調整前より大きくなってしまう場合もある。それに対し、三相電圧調整効果が最大の場合は、電圧はもちろん不平衡率についても十分な調整効果が得られる。よって、サイリスタ式自動電圧調整器Ａの各相制御を行う場合は、基本的に電圧を基準電圧に近づける調整を優先させることが有効となる。
また、上述した通り、サイリスタ式自動電圧調整器Ａは電圧調整変圧器２がＶ結線のため、Δ結線（三角形）の電圧をＹ結線の直列変圧器１に電圧調整変圧器２の調整電圧の各線間電圧を印加することになる。図２に示すように、三相電圧の各線間電圧のベクトルの和は０［Ｖ］となるため、直列変圧器１に印加される各相電圧のベクトルの和も０［Ｖ］となる（Ｙ結線変圧器に三角形の三相不平衡電圧を印加すると、Ｙ結線の中性点は三角形の重心位置となる）。よって、Ｖ−Ｙ結線のサイリスタ式自動電圧調整器Ａで各相制御を行った場合においても零相電圧の拡大はなく、変電所の地絡保護継電器の不要動作等を解消することができる。
本発明は、配電線路に設置される電圧調整装置として利用される。
１ 直列変圧器
１ａ 直列変圧器の一次巻線
１ｂ 直列変圧器の二次巻線
２ 電圧調整変圧器
２ａ 電圧調整変圧器の一次巻線
２ｂ 電圧調整変圧器の二次巻線
３ タップ切換回路
４ 二次電圧取得用ＶＴ
Ａ 自動電圧調整器
１ａ 直列変圧器の一次巻線
１ｂ 直列変圧器の二次巻線
２ 電圧調整変圧器
２ａ 電圧調整変圧器の一次巻線
２ｂ 電圧調整変圧器の二次巻線
３ タップ切換回路
４ 二次電圧取得用ＶＴ
Ａ 自動電圧調整器
Claims (3)
- 変圧器、サイリスタ式タップ切換器、制御装置の各部で構成され、三相交流配電線路の相間に挿入してＶ結線される２つの電圧調整変圧器の低圧回路側と、前記三相交流配電線路に対し各々直列に挿入してＹ結線される直列変圧器の低圧回路側を、前記サイリスタ式タップ切換器で結合し、サイリスタを切り換えて前記電圧調整変圧器のタップを切り換えるサイリスタ式自動電圧調整器において、前記制御装置は、前記サイリスタを制御する電気信号を各相個別に制御することによって、配電線の電圧を予め設定してある基準電圧に調整しつつ、三相不平衡電圧の各相間電圧の中央値が前記電圧調整変圧器を挿入していない相間の電圧となるようにサイリスタ式タップ切換器をタップ選択するように制御することにより、三相電圧の不平衡率を低くするように制御することを特徴とするサイリスタ式自動電圧調整装置。
- 前記制御装置は、配電線電圧の前記基準電圧への調整効果が最大となるように、前記基準電圧への調整動作と、三相電圧の不平衡率低減動作を実行するよう制御することを特徴とする請求項１記載のサイリスタ式自動電圧調整装置。
- 変圧器、サイリスタ式タップ切換器、制御装置の各部で構成され、三相交流配電線路の相間に挿入してＶ結線される２つの電圧調整変圧器の低圧回路側と、前記三相交流配電線路に対し各々直列に挿入してＹ結線される直列変圧器の低圧回路側を、前記サイリスタ式タップ切換器で結合し、サイリスタを切り換えて前記電圧調整変圧器のタップを切り換えるサイリスタ式自動電圧調整器において、配電線路の電圧を監視してタップ切換えを行うサイリスタ式タップ切換器を各相個別に制御し、タップ切換に応じた電圧を配電線電圧に重畳して配電線路の電圧を基準電圧に調整するとともに、前記配電線路の三相不平衡電圧を是正するために、三相不平衡電圧の各相間電圧の中央値が電圧調整変圧器を挿入していない相間の電圧となるようにタップ切換し、かつ、配電線電圧の前記基準電圧の調整効果が最大となるように、前記基準電圧への調整動作と、三相電圧の不平衡率低減動作を実行することを特徴とするサイリスタ式自動電圧調整方法。
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