JP6860695B2 - 適応型電圧変換システム - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条の下で、２０１７年４月２４日に出願された、米国仮特許出願第６２／４８９，１９７号、発明の名称「Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」の優先権を主張するものであり、その開示内容全体は、参照により本願に組み込まれる。

技術分野
本開示は、モジュール式の電力変圧器に関し、特に、選択的に相互接続される、複数の変圧器モジュールを含む電力変圧器に関する。

電力変圧器は、エネルギ生成点からエネルギ使用点にエネルギを伝送する際に使用される。生成されたエネルギは、高電圧で長距離にわたり変電所に伝送されることが多く、変電所においては、変圧器が、伝送された電力の電圧レベルを個人消費のために低減する。

電力変圧器は、一次巻線を含んでおり、この一次巻線は、可変の電流および電圧を受け取り、変圧器コア（鉄心）において可変の磁束を生成する。可変の磁束は、二次巻線に電圧を誘導し、この二次巻線は、出力電圧および出力電流を提供する。出力電圧および出力電流の値は、一次巻線の巻数対二次巻線の巻数の比の結果として、入力電圧および入力電流に直接的に関連している。

電力変圧器の構造は、比較的簡単に思われる場合もあるが、中型および大型の電力変圧器は、幾つかの欠点を有している。例えば、そのような電力変圧器に対して、費やされる技術的労力は非継続的で大きなものである。極少数の「大量生産の」ユニット（多数のユニットが同一のサイズ、形状および電気的な特性を有している）は、一般的に、特定の場所専用の電圧、インピーダンス、およびコスト要件のもとで可能となっている。平均すると、１．３個の変圧器ユニットしか、各特定用途に対して組み立てられていないので、結果として、同一のタイプの複数の変圧器ユニットは必要とされていない。電力変圧器はまた、比較的長い生産リードタイムも必要とする。典型的には、最初に顧客の要求を聞いてから、変圧器を最終的に納入するまで５ヶ月超を要する。

電力変圧器は、輸送も困難である。単一の変圧器でも、１００トン以上になる可能性があるので、既存の道路を利用して輸送することは容易でないと考えられる。これらの困難に起因して、適切な道路を選択し、また配送時間（交通流に及ぼされる悪影響を低減するために多くは夜間である）を選択するために、特別な輸送の手配が必要になる。変圧器に障害が発生した場合は、その障害は、単一障害点として経験される。電力変圧器に何らかの問題が生じた場合、変圧器ユニット全体がオフラインになり、これはエネルギが供給されるシステム全体に影響を及ぼす。これらの障害は、「クリティカル」とみなされる特定の配電所において特に問題となる。したがって、これらの欠陥を克服する電力変圧器が必要とされている。

例示的な実施形態は、モジュール式の電力変圧器のための固有のシステム、方法、技術および装置を含む。本開示のさらなる実施形態、形状、目的、特徴、利点、態様および利益は、以下の説明および図面から明らかになるであろう。

１つの実施形態では、第１の複数の変圧器モジュールアセンブリを含む第１の変圧器ブロックを含んでいるマトリクス電力変圧器システムが提供され、各第１の変圧器モジュールアセンブリは、入力および出力を有している一次巻線と、入力および出力を有している二次巻線と、を含んでいる。第２の変圧器ブロックは、第２の複数の変圧器モジュールアセンブリを含んでいる。各第２の複数の変圧器モジュールアセンブリは、入力および出力を有している一次巻線と、入力および出力を有している二次巻線と、を含んでおり、第１の複数の変圧器モジュールアセンブリの一次巻線は、第２の複数の変圧器モジュールアセンブリの一次巻線に結合されている。各第１の変圧器モジュールアセンブリの二次巻線は、第１の複数の変圧器モジュールアセンブリのうちの別の変圧器モジュールアセンブリの二次巻線に結合されており、各第２の複数の変圧器モジュールアセンブリの二次巻線は、第２の複数の変圧器モジュールアセンブリのうちの別の変圧器モジュールアセンブリの二次巻線に結合されている。

別の実施形態では、第１の複数の変圧器モジュールアセンブリを含む第１の変圧器ブロックを含んでいるマトリクス電力変圧器システムが提供され、各第１の変圧器モジュールアセンブリは、入力および出力を有している一次巻線と、入力および出力を有している二次巻線と、を含んでいる。第２の変圧器ブロックは、第２の複数の変圧器モジュールアセンブリを含んでおり、第２の複数のモジュールアセンブリのうちの少なくとも１つは、オンライン時またはオフライン時に調整可能であるタップ切換器を備えた調整巻線を使用する、選択可能または調整可能なインピーダンスを含んでいる。

さらに別の実施形態では、１つ以上の変圧器ブロックを含んでいるマトリクス電力変圧器システムが提供され、各変圧器ブロックは、複数の変圧器モジュールアセンブリを含んでいる。各変圧器モジュールアセンブリは、一次巻線および二次巻線を含んでおり、各変圧器モジュールアセンブリの一次巻線は、複数の変圧器モジュールアセンブリのうちの別の変圧器モジュールアセンブリの一次巻線に結合されている。各変圧器モジュールアセンブリの二次巻線は、第１の複数の変圧器モジュールアセンブリのうちの別の変圧器モジュールの二次巻線に結合されている。複数の変圧器モジュールアセンブリのうちの少なくとも１つは、オンライン時またはオフライン時に調整可能であるタップ切換器を備えた調整巻線を使用する、選択可能または調整可能なインピーダンスを含んでいる。

複数の変圧器ブロックを含んでいるマトリクス電力変圧器システムは、同一のブロックを複数の電圧、電力レベルおよびインピーダンスにおいて使用することができるので、費やされる非継続的な技術的労力を低減する。反復可能なブロックを有することによって、それらのブロックをベンダまたは顧客によって、要件が異なる各場所において使用するためのインベントリとして、例えば有用なものとして製造および保持することができるので、生産リードタイムが短縮される。各ブロックを、特別な手配（例えば、貨車）を行うことなく、道路を利用して輸送することができるので、輸送コストも低減される。さらに、並列に接続されているブロックをオフラインで取り出して交換することを一度に行えるので、単一障害点もなくなる。

マトリクス電力変圧器システムによって提供される性能向上に加えて、変圧器の設計者や製造業者が直面するシステム要件が緩和される。例えば、熱管理要件は、所望の構成において変圧器ブロックを併用できることによる、熱源の空間的な展開によって緩和される。同様に、短絡の影響力が分散されることから、機械的な要件も緩和される。したがって、標準コンポーネントおよびサブコンポーネントの大量生産によって、コスト削減が達成される。

マトリクス電力変圧器を含んでいる、例示的な電圧変換システムの概略図である。 マトリクス電力変圧器のための例示的な電力変圧器モジュールの概略図である。 マトリクス電力変圧器のための例示的な電力変圧器モジュールの概略図である。 マトリクス電力変圧器のための例示的な電力変圧器モジュールの概略図である。 マトリクス電力変圧器のための例示的な電力変圧器モジュールの概略図である。 複数の変圧器モジュールを有している例示的な電力変圧器ブロックの概略図である。 図３Ａの実施形態における変圧器電圧のグラフである。 複数の変圧器モジュールを含んでいる例示的な電力変圧器ブロックの概略図である。 別個の調整巻線ならびに低電圧巻線の上部の入口および下部の出口を備えた、選択可能な電圧またはインピーダンスを有している、例示的な変圧器モジュールの概略図である。 別個の調整巻線ならびに低電圧巻線の上部の入口および出口を備えた、選択可能な電圧またはインピーダンスを有している、例示的な変圧器モジュールの概略図である。 同一の巻線において選択可能な電圧またはインピーダンスを有している、変圧器モジュールの概略図である。 例示的な変圧器モジュールに含まれる例示的なコアの概略図である。 例示的な変圧器モジュールに含まれる例示的なコアの概略図である。 例示的な変圧器モジュールに含まれる例示的なコアの概略図である。 例示的な変圧器モジュールに含まれる例示的なコアの概略図である。 例示的な変圧器モジュールに含まれる例示的なコアの概略図である。 例示的な６つの巻線変圧器モジュールの概略図である。 例示的な６つの巻線変圧器モジュールの概略図である。 例示的な６つの巻線変圧器モジュールの概略図である。 例示的な１／４変圧器モジュールの概略図である。 図１０Ａの変圧器モジュールの等価回路である。 例示的な２／４変圧器モジュールの概略図である。 図１１Ａにおける２／４変圧器モジュールの等価回路である。 例示的な４／４変圧器モジュールの概略図である。 図１２Ａにおける４／４変圧器モジュールの等価回路である。 高電圧巻線間の種々の接続および低電圧巻線間の種々の接続を有している、例示的な変圧器モジュールの複数の等価回路である。 例示的な４／４変圧器モジュールから成る例示的なブロックの等価回路である。 例示的な１／４変圧器モジュールから成る例示的なブロックの等価回路である。

本開示の非限定的な例示的な各実施形態、それら各実施形態の形成および使用の方式およびプロセス、ならびにそれら各実施形態の実践、形成および使用を可能にするための方式およびプロセスを、明瞭、簡潔かつ正確に説明することを目的として、以下では、図面に図示した各実施形態を含めて、特定の例示的な各実施形態を参照し、専用の語句を使用して、それらの各実施形態を説明する。さらに、産業システムは、多数の異なるタイプおよび種類の機器、デバイス、コンポーネント、および設備を含むが、特に明記しない限り、それらの用語は、本明細書において同義で用いられている。それにもかかわらず、それによって本開示の範囲が限定されるものではなく、本開示は、本開示の利益を当業者にもたらすような、例示的な各実施形態の変更、修正、およびさらなる用途も含み、またそれを保護するものであると理解されたい。

図１は、複数の電力変圧器ブロックアセンブリ１２、またはブロック１２を含んでいる、電力マトリクス変圧器システムまたはアセンブリ１０の概略図を示す。各ブロックアセンブリ１２は、電力入力線１６を介して、エネルギ源１４に動作可能に接続されるように構成されている。各ブロック１２は、さらに、電力出力線２０を介して、負荷１８に動作可能に接続されるように構成されている。各変圧器ブロック１２は、１つ以上の変圧器モジュールアセンブリ２３、またはモジュール２３を含んでいる。各モジュール２３の他に、関連するブロック１２のインピーダンスを調整し、別のブロック１２のインピーダンス整合が行われるように構成された、適応型インピーダンスモジュール２５が含まれている。図示された実施形態は、各ブロック１２が同数のモジュール２３を含んでいるものとして示されているが、別の実施形態では、各ブロック１２が異なる数のモジュール２３を含んでいる。さらに、各ブロック１２は、単一の適応型インピーダンスモジュール２５を含むものとして示されているが、別の実施形態では、各ブロック１２が、単一の適応型インピーダンスモジュールを含んでいてもいなくてもよい。さらに別の実施形態では、複数あるブロック１２のうちの１つだけが、適応型インピーダンスモジュールを含んでいる。

少なくとも１つの実施形態では、各ブロック１２は、選択可能な電圧レベル、巻数比、およびインピーダンスを有する電力変圧器としての機能に選択的に相互接続される、複数の標準変圧器モジュールを含んでいる、輸送可能なブロックとなるように構成されている。各ブロックは、製造施設において組み立てることができ、また変電所などの遠隔地に別個に輸送でき、またＡＣ電源と負荷との間において、１つのモジュール式の電力変圧器を形成するように一緒に結合される。それらの特徴は、特に１００メガボルトアンペア（ＭＶＡ）超の総定格電力および１００キロボルト（ｋＶ）を上回るハイサイド電圧を有している、中型および大型の電力変圧器を実現するように構成されている。中型または大型の電力変圧器を考察するが、他のサイズの変圧器も考えられる。

複数の個別の変圧器ブロック１２を提供することによって、所望であれば、各ブロック１２を別個に輸送することができるので、完全な変圧器は、より容易に配送され、また最終目的地において組み立てられる。種々の実施形態において、電力変圧器システムは、１つ以上の電力輸送可能ブロックを有しており、この場合、各ブロックは、標準的な輸送コンテナの寸法に近いサイズで、約４０トン未満の重量を有している。輸送コンテナは、種々のサイズのものであるが、しかしながら、容易に利用可能な輸送コンテナは、２０フィートまたは４０フィートの長さ、８フィートの幅、および８フィート６インチの高さであると考えられる。他の寸法も考えられる。

個々のブロック１２それぞれは、電力変圧器の機能を実施し、また容器（外箱）、高電圧（ＨＶ）端子、低電圧（ＬＶ）端子、ブシュ、熱を放散させるための機構、および電力変圧器において使用される他のデバイスおよび機器を含んでいる。

１つの例示的な実施形態では、各ブロック１２が、より高い定格電力を達成するために、並列に動作可能に接続されている。特に、各ブロックのＨＶ端子が並列に接続されており、各ブロックのＬＶ端子が並列に接続されている。

各ブロックは同一のコンポーネントを含むように構成可能であるので、第１のタイプの設計は、所定数のブロックでもって達成され、他方、第２のタイプの設計は、同一のタイプのブロックであるが、異なる数のブロックまたは異なる構成で達成される。したがって、費やされる非継続的で大きな技術的な労力ならびに長い生産および組み立てリードタイムに関連する問題は低減される。

図１に示されるように、各ブロック１２は、２つ以上の標準変圧器モジュール２３を含んでいる。各モジュール２３は、マトリクス変圧器システム１０が最終目的地において構築される前にオフラインで相互接続される、同一のコア、同一の一次巻線、および同一の二次巻線を含んでいる。最終的な設置の前に、個々のモジュール２３それぞれの構成を決定することによって、各変圧器ブロック１２は、最終的な変圧器システムが適用される用途により適したものとなる。

図２Ａから図２Ｄは、種々の実施形態において、同一のセットの変圧器モジュールを異なる電圧レベルおよび巻数比で動作するように構成し、構成に依存する最終的な電力変圧器システムを達成することができることを示すために、種々の構成を有している変圧器モジュール２３の概略的なブロック図を示す。

図２Ａの実施形態では、一次巻線３０は、直列な３つの巻線Ｗ１の第１の一次巻線３２と、直列な３つの巻線Ｗ１の第２の一次巻線３４と、を含んでいる。第１の巻線および第２の巻線は、並列に接続されている。この一次巻線の構成は、３つの巻線が直列であり、２つの巻線が並列である３Ｓ−２Ｐモジュールと呼ばれる。二次巻線３６は、並列な３つの巻線Ｗ２の第１の二次巻線３８と、並列な３つの巻線Ｗ２の第２の二次巻線４０と、を含んでいる。第１の二次巻線３８および第２の二次巻線４０は、直列に結合されている。この二次巻線は、３つの巻線が並列であり、２つの巻線が直列である３Ｐ−２Ｓと呼ばれる。実効巻数比は、３Ｎ_１／２Ｎ_２に等しい。Ｎ_１は、一次巻線Ｗ１の巻数であり、Ｎ_２は、二次巻線Ｗ２の巻数である。

図２Ｂの実施形態では、一次巻線４２は、３Ｓ−２Ｐとして構成されている。二次巻線は、２Ｓ−３Ｐとして構成されている。この実施形態では、電圧および巻数比は、図２Ａと同一である。しかしながら、実現形態は僅かに異なる。二次巻線は、並列に接続された３つのグループの巻線を含んでいる。各グループは、直列に接続された２つの巻線を含んでいる。

図２Ｃでは、一次巻線４６は、６Ｓとして構成されている。二次巻線４８は、３Ｓ−２Ｐとして構成されている。この実施形態では、実効巻数比は、６Ｎ_１／３Ｎ_２に等しい。

図２Ｄは、２Ｓ−３Ｐとして構成されている一次巻線５０を有しているモジュール２３の付加的な実施形態を示す。二次巻線５２は、６Ｐとして構成されている。この実施形態では、実効巻数比は、図２Ｃと同一の２Ｎ_１／Ｎ_２である。総電力および実効巻数比は、図２Ｃと同一であるが、しかしながら、一次電圧および二次電圧は、半減されている。

図２Ａから図２Ｄは、いくつかの構成を有している変圧器モジュール２３の概略図の例を示している。一次巻線の一般的な形態は、並列に接続されたｎ個のグループを含むｍＳ−ｎＰモジュールとすることができる。各グループは、直列に接続されたｍ個の巻線Ｗ１を含んでいる。二次巻線の一般的な形態は、並列に接続されたｋ個のグループを含むｊＳ−ｋＰモジュールとすることができる。各グループは、直列に接続されたｊ個の巻線Ｗ２を含んでいる。この一般的な構成に関して、ｍ＋ｎ＝ｋ＋ｊであり、巻数比はｍＮ_１／ｊＮ_２である。Ｎ_１は、一次巻線Ｗ１の巻数であり、Ｎ_２は、二次巻線Ｗ２の巻数である。

図３Ａは、複数の変圧器モジュールを有している変圧器ブロックを示す図２Ｂの一実施形態の概略図である。図３Ａに示されているように、一次巻線４２は、交流電流を供給する電力源５４に動作可能に接続されるように構成されている。二次巻線４４は、負荷５６に動作可能に接続されるように構成されている。図２Ｂのモジュール２３の実効巻数比は、直列の二次巻線の総数で除算された、直列の一次巻線の総巻数として決定される。

図３Ｂは、図３Ａの実施形態における変圧器の電圧の電圧プロットである。図３Ｂの下のグラフ５７から見て取れるように、各変圧器Ｘ１１、Ｘ１２、Ｘ２１、Ｘ２２、Ｘ３１およびＸ３２に関する個々の変圧器電圧は、入力および出力の両方において実質的に同一であり、この場合、入力電圧５８は出力電圧６０と実質的に同一である。

図３Ｂの上のグラフ６１において、入力電圧６２は、＋３および−３の正規化された最大値を有するものとして識別される。しかしながら、正規化された出力電圧６４は、＋２および−２の正規化された最大値を有するものとして識別される。実効巻数比は、入力電圧６２および出力電圧６４それぞれの最大値によって確認される、３／２の電圧比を提供する。

図４は、複数のモジュール６７を含んでいる完全な電力変圧器ブロック６６の一実施形態を示す。各モジュール６７は、図２に示したように、入力巻線に結合された入力線と、出力巻線に結合された出力線と、を含んでいる。個々のモジュール６７についての各入力線は、単相電圧および電流信号を搬送する入力６８に動作可能に接続されている。入力６８は、変圧器ブロック６６についての入力線である。モジュール６７の各入力巻線に対して、グラウンド線７０が設けられている。各モジュール６７の各出力線は、電力変圧器６６の出力７２に動作可能に接続されている。個々のモジュール６７それぞれの各出力線は、グラウンド線７４に動作可能に接続されている。別の実施形態では、図示された各線は、並列な３つの巻線を含んでおり、１つの巻線が３つの位相のうちの１つに対して使用される。他の実施形態では、他のタイプの位相変圧器が使用される。

電力変圧器ブロック６６は、それぞれが一相モジュールである単相モジュール６７を６０個含んでいる単相変圧器として示されている。他の実施形態では、変圧器ブロックは、三相モジュールを６０個含んでいる三相変圧器である。他の位相変圧器を含んでいる他のマトリクス変圧器も考えられる。図示の実施形態では、各単相モジュール６７は、入力線６８およびグラウンド７０に動作可能に接続されている２つの端子を有している単一の一次巻線を含んでいる。各単相モジュール６７は、出力線７２およびグラウンド線７４に動作可能に接続されている２つの端子を有している二次巻線を含んでいる。

各モジュール６７の各一次巻線について、入力線６８は、モジュールの第１の列７６内の６つのモジュール６７それぞれの一次巻線の第１の端子に接続されている。列７６の６つのモジュール６７それぞれの一次巻線の他の端子は、第２の列７８の６つのモジュール６７のうちの対応する１つの一次巻線の第１の端子に結合されている。接続のこのパターンは、それ自体、モジュールの１つの列から、モジュールのそれに隣接する列まで繰り返される。モジュールの最後から２番目の列８０がモジュールの最後の列８２に結合されると、列８２におけるモジュール６７の各一次巻線の第２の端子が、一緒にグラウンド７０に接続される。

二次巻線については、二次巻線が水平方向ではなく、図示されているように垂直方向に結合されている点を除いて、同一の概念が適用される。例えば、各モジュール６７の各二次入力巻線は、第１の端子および第２の端子を含んでいる。モジュールの第１の行８４における各モジュールの各第１の端子は、モジュールの第２の行８６における、隣接して設けられているモジュールの第２の端子に結合されている。モジュールの第１の行８４のすべての第２の端子は、グラウンド７４に接続されている。モジュールの最後の行８８においては、各第１の端子は、出力７２に接続されている。

１つの構成では、図４の実施形態は、１３．２ｋＶ−１３．２ｋＶ（ｐｈ）モジュールを使用して、ｗｙｅ−ｗｙｅ２３０ｋＶ−１３８ｋＶ（ＬＬ）変圧器マトリクスブロックを実現するために使用される。入力線６８は、２３０ｋＶのライン電圧、１３２ｋＶの相電圧を受け取る。出力線では、１３８ｋＶのライン電圧、８０ｋＶの相電圧が提供される。

図４の実施形態は、所定の入力電圧を受け取り、所定の出力電圧を提供するものとして示された、６行×１０列の電力マトリクス変圧器ブロックに関するが、本開示は、６×１０のマトリクス変圧器ブロックに限定されるものではなく、行および列の異なる組み合わせを有している他のマトリクス変圧器ブロックも考えられる。種々の実施形態において、モジュール間の相互接続は、直列かつ／または並列に巻線を接続することによって達成される。

図５は、複数の変圧器モジュールを有している電力マトリクス変圧器の種々の実施形態において使用するための、調整可能な電圧またはインピーダンス変圧器モジュール９０の一実施形態を示す。変圧器モジュール９０は、オンライン時またはオフライン時に調整可能であるタップ切換器を備えた調整巻線を使用する、選択可能または調整可能なインピーダンスを含むように構成されている。電力マトリクス変圧器の一実施形態では、例えば、すべてのモジュールは、モジュールのうちの１つを除いて、図２Ａから図２Ｄに示されているような標準変圧器モジュールである。標準モジュールは、製造後は変更不可能または調整不可能である固定のパターンで電気的に結合された所定数の一次巻線および二次巻線を含んでいる。標準モジュールを含んでいる、電力マトリクス変圧器の実施形態におけるモジュールのうちの少なくとも１つは、図５、図６および図７に示されているような調整可能な変圧器モジュールである。他のタイプおよび構成の調整可能な電圧または調整可能なインピーダンス変圧器モジュールも考えられる。

図５の単一の変圧器モジュール９０は、コア９２、調整巻線Ａ、低電圧巻線Ｂおよび高電圧巻線Ｃ ９８を含んでいる。調整巻線Ａは、顧客のステップ要求に応じて、複数の層１００を有しており、この図では８つの層を有している。参照番号１から９が付されているタップに接続されている層の入口および出口は、電圧ステップを与える。さらに、調整巻線Ａは、タップ１に接続された第１の層１０４およびタップ２１に接続された最後の層１０２を有している。低電圧巻線Ｂは、単層ヘリカル巻線であるが、しかしながら二重層のヘリカル巻線、層巻線またはディスク巻線であってもよい。高電圧巻線Ｃは、中心入口９９と、タップ１０および２０に接続された出口と、を備えたディスク巻線である。負荷時タップ切換器（ＯＬＴＣ：Ｏｎ−Ｌｏａｄ Ｔａｐ Ｃｈａｎｇｅｒ）を使用して、またタップ２０〜２１または２２を接続することで、変圧器モジュール９０は、最大電圧位置、中間電圧位置、および最小電圧位置を得る。

図５において、Ｐは巻線の正極性であり、Ｎは巻線の負極性である。この単一の変圧器モジュールは、低電圧側９６および高電圧側９４の２つの側を有している。グラウンド１０８および低電圧の出力１１０は、低電圧側９６にある。グラウンド１０６および高電圧の出力９９は、高電圧側９４にある。

図６は、別個の調整巻線Ａを備えた、オフライン調整可能な電圧またはオフライン調整可能なインピーダンスの単一の変圧器モジュール１１１の別の実施形態を示す。図６の変圧器モジュール１１１は、コア１２４、調整巻線Ａ １１５、二層の低電圧巻線（層Ｂ １２０および層Ｃ １２２）、および高電圧巻線Ｄ １２６を含んでいる。調整巻線Ａは、顧客のステップ要求に応じて、複数の層を有しており、この図では４つの層を有している。参照番号２から６が付されているタップに接続されている層の入口および出口は、最小電圧位置、中間電圧位置、および最大電圧位置を与える。低電圧巻線は、二重層のヘリカル巻線である。高電圧巻線Ｄは、中心入口１２８と、調整巻線Ａの第１の層の始端およびタップ２に接続された出口と、を備えたディスク巻線である。非通電時タップ切換器（ＤＥＴＣ：Ｄｅ−Ｅｎｅｒｇｉｚｅｄ Ｔａｐ Ｃｈａｎｇｅｒ）を使用して、またタップ１からタップ２〜６を接続することで、変圧器モジュール１１１は、最小電圧位置、中間電圧位置、および最大電圧位置を得る。

図６において、ＰＯＳは巻線の正極性であり、ＮＥＧは巻線の負極性である。単一の変圧器モジュール１１１は、低電圧側１１４および高電圧側１１２の２つの側を有している。グラウンド１３０および低電圧の出力１３２は、低電圧側１１４にある。タップ１に接続されたグラウンドおよび高電圧の出力１２８は、高電圧側１１２にある。

図６は、上部におけるグラウンド１３０および上部における出力１３２を有している二重層の低電圧巻線１１４を示す。低電圧巻線は、上部にグラウンドおよび出力を備えた、軸方向に分割されたヘリカル巻線であってもよい。

図７は、同一の巻線における調整巻線および高電圧巻線を備えた、オフライン調整可能な電圧またはオフライン調整可能なインピーダンスの単一の変圧器モジュール１４０のさらに別の実施形態を示す。図７に示されているように、モジュール１４０は、コア１４３、二層の低電圧巻線（層Ａ １４４および層Ｂ １４６）、および高電圧巻線Ｃ １４８を含んでいる。高電圧巻線は、高電圧電流に依存する、１つまたは２つのＤＥＴＣに接続されているタップ１５０を含む調整領域を有している。低電圧巻線は、二重層のヘリカル巻線である。高電圧巻線Ｃ １４８は、中心入口１５４および巻線出口１５２を備えたディスク巻線である。１つまたは２つのＤＥＴＣを使用して、変圧器モジュール１４０は、最大電圧位置、中間電圧位置、および最小電圧位置を得る。図７において、ＰＯＳは巻線の正極性であり、ＮＥＧは巻線の負極性である。この単一の変圧器モジュールは、低電圧側１４２および高電圧側１４１の２つの側を有している。グラウンド１５６および低電圧の出力１５８は、低電圧側１４２にある。グラウンド１５２および高電圧の出力１５４は、高電圧側１４１にある。

この実施形態では、低電圧巻線は、上部におけるグラウンド１５６および上部における出力１５８を有している二重層の巻線である。低電圧巻線は、上部にグラウンドおよび出力を備えた、軸方向に分割されたヘリカル巻線であってもよい。高電圧を調整するために、また高電圧電流に依存して、この実施形態は、１つまたは２つのＤＥＴＣを使用する。

図５、図６および図７は、モジュール６７の幾つかの例を示す。調整巻線、低電圧巻線および高電圧巻線は、上部および／または中心に入口を備えた、単一または複数の巻線の、層巻線、ヘリカル巻線またはディスク巻線であってよい。

マトリクス電力変圧器の種々の実施形態では、各モジュール（すなわち、各モジュール６７）は、図５、図６および図７の調整可能な電圧またはインピーダンスモジュールのうちの１つと交換可能である。標準変圧器モジュールのうちの少なくとも１つは、（オフラインまたはオンライン時の）タップ切換器を備えた調整巻線を使用する、選択可能または調整可能なインピーダンスのための機能を有しているモジュールに交換されている。

調整可能な電圧またはインピーダンスモジュールが「開かれた巻線」を有している限り、すなわち各位相がモジュール内で交差接続されていない限り、調整可能な電圧またはインピーダンスモジュールの選択された位置は、マトリクス変圧器の列または行のうちの一方における任意の位置にある。しかしながら、種々の実施形態では、調整可能な電圧またはインピーダンスモジュールの位置は、完全な物理的なマトリクス変圧器におけるモジュールのタップまたは他のコネクタへの物理的なアクセスに応じて決定される。多くの実施形態では、位置は、グラウンド端子の物理的近くになるように決定される。図５、図６および図７に示されているように高電圧巻線が調整された巻線である、これらの実施形態では、列８２に位置しているモジュールのうちの任意の１つが、調整可能な電圧またはインピーダンスモジュールのうちの１つに交換可能である。種々の実施形態では、列８２のモジュール６７のうちの１つ以上が、調整可能な電圧またはインピーダンスモジュールのうちの１つと交換可能である。

さらに別の実施形態では、低電圧巻線は、調整可能な電圧またはインピーダンスモジュールの調整された巻線である。これらの実施形態では、行８４のモジュール６７のうちの１つ以上が、調整可能な電圧またはインピーダンスモジュールのうちの１つと交換可能である。これらの各実施形態では、第１の行８４および最後の列８２における各モジュールが、調整可能なモジュールに交換されている。

図８Ａから図８Ｃを参照すると、例示的な単相変圧器モジュールに含まれる、複数の考えられる変圧器コアが示されている。各コアは、積層型のコアとして、または巻きコアとして構成することができる。示されているように、変圧器コアは、コア型またはシェル型の構成であってよい。図８Ａは、上部ヨーク８１１、下部ヨーク８１３、および２つのリム８１５を含んでいるＤ型コア８１０を示す。図８Ｂは、上部ヨーク８２１、下部ヨーク８２３、および３つのリム８２５を含んでいるＥＹ型コア８２０を示す。図８Ｃは、上部ヨーク８３１、下部ヨーク８３３、および４つのリム８３５を含んでいるＤＹ型コア８３０を示す。

図８Ｄから図８Ｅを参照すると、例示的な三相変圧器モジュールに組み込まれる、複数のコアが示されている。図８Ｄは、上部ヨーク８４１、下部ヨーク８４３、および３つのリム８４５を含んでいるＴ型コア８４０を示す。図８Ｅは、上部ヨーク８５１、下部ヨーク８５３、および５つのリム８５５を含んでいるＴＹ型コア８５０を示す。

図９Ａから図１４Ｂを参照すると、変圧器モジュールが、Ｘ／Ｙ変圧器モジュールとして表されており、ここで、Ｘは変圧器モジュールの一次巻線の数であり、Ｙは変圧器モジュールの二次巻線の数である。示されているように、高電圧（ＨＶ）巻線は一次巻線であり、低電圧（ＬＶ）巻線は二次巻線である。他の実施形態では、ＨＶ巻線は二次巻線であってよく、ＬＶ巻線は一次巻線であってよい。各変圧器モジュールの一次巻線は、並列に、直列に、または並列接続および直列接続の組み合わせで、一緒に結合されるように構成されている。各変圧器モジュールの二次巻線も、並列に、直列に、または並列接続および直列接続の組み合わせで、一緒に結合されるように構成されている。

図９Ａを参照すると、共通のコア９０１、６つのＨＶ巻線ＨＶ１〜ＨＶ６、および６つのＬＶ巻線ＬＶ１〜ＬＶ６を含んでいる、例示的な６／６変圧器モジュール９００が示されている。各巻線は、２つの巻線出力端子を含んでおり、ＨＶ巻線ＨＶ１は、出力端子Ｈ１ａおよびＨ１ｂを含んでおり、ＨＶ巻線ＨＶ２は、出力端子Ｈ２ａおよびＨ２ｂを含んでおり、ＨＶ巻線ＨＶ３は、出力端子Ｈ３ａおよびＨ３ｂを含んでおり、ＨＶ巻線ＨＶ４は、出力端子Ｈ４ａおよびＨ４ｂを含んでおり、ＨＶ巻線ＨＶ５は、出力端子Ｈ５ａおよびＨ５ｂを含んでおり、ＨＶ巻線ＨＶ６は、出力端子Ｈ６ａおよびＨ６ｂを含んでおり、ＬＶ巻線ＬＶ１は、出力端子Ｌ１ａおよびＬ１ｂを含んでおり、ＬＶ巻線ＬＶ２は、出力端子Ｌ２ａおよびＬ２ｂを含んでおり、ＬＶ巻線ＬＶ３は、出力端子Ｌ３ａおよびＬ３ｂを含んでおり、ＬＶ巻線ＬＶ４は、出力端子Ｌ４ａおよびＬ４ｂを含んでおり、ＬＶ巻線ＬＶ５は、出力端子Ｌ５ａおよびＬ５ｂを含んでおり、またＬＶ巻線ＬＶ６は、出力端子Ｌ６ａおよびＬ６ｂを含んでいる。

特定の実施形態では、巻線の第１の端子は、巻線の第１の端部に結合されており、巻線の第２の端子は、巻線の第２の端部に結合されている。特定の実施形態では、巻線の第１の端子は、巻線の中心に結合されており、第２の端子は、巻線の両端部に結合されている。

特定の実施形態では、ＨＶ巻線ＨＶ１〜ＨＶ６は、ＨＶ巻線ＨＶ１〜ＨＶ６の電圧比が１：１：１：１：１：１であるように構成されている。電圧比は、ＬＶ巻線のセットまたはＨＶ巻線のセットに関する各巻線の両端間の電圧の比である。電圧比は、ＬＶ巻線またはＨＶ巻線のセットに関する巻数比に比例する。例えば、変圧器モジュール９００が、ＨＶ巻線において１３８ｋＶの電圧を含むＡＣ電力を受け取り、かつＨＶ巻線が直列に結合されている場合、ＨＶ巻線に関する巻数比および電圧比は１：１：１：１：１：１であるので、各ＨＶ巻線の両端間の電圧は２３ｋＶである。同様に、ＬＶ巻線ＬＶ１〜ＬＶ６は、ＬＶ巻線ＬＶ１〜ＬＶ６の電圧比が１：１：１：１：１：１であるように構成されている。特定の実施形態では、直列に結合されたＨＶ巻線対直列に結合されたＬＶ巻線の実効電圧比は、１：１でなくてもよい。変圧器モジュール９００の前述の特徴のうちのいずれかまたはすべてが、本明細書に開示された他の変圧器モジュールに設けられていてもよいことは明らかである。

図９Ｂを参照すると、共通のコア９１１、２つのＨＶ巻線ＨＶ１〜ＨＶ２、および６つのＬＶ巻線ＬＶ１〜ＬＶ６を含んでいる、例示的な２／６変圧器モジュール９１０が示されている。各巻線は、２つの巻線出力端子を含んでおり、ＨＶ巻線ＨＶ１は、出力端子Ｈ１ａおよびＨ１ｂを含んでおり、ＨＶ巻線ＨＶ２は、出力端子Ｈ２ａおよびＨ２ｂを含んでおり、ＬＶ巻線ＬＶ１は、出力端子Ｌ１ａおよびＬ１ｂを含んでおり、ＬＶ巻線ＬＶ２は、出力端子Ｌ２ａおよびＬ２ｂを含んでおり、ＬＶ巻線ＬＶ３は、出力端子Ｌ３ａおよびＬ３ｂを含んでおり、ＬＶ巻線ＬＶ４は、出力端子Ｌ４ａおよびＬ４ｂを含んでおり、ＬＶ巻線ＬＶ５は、出力端子Ｌ５ａおよびＬ５ｂを含んでおり、またＬＶ巻線ＬＶ６は、出力端子Ｌ６ａおよびＬ６ｂを含んでいる。

特定の実施形態では、ＨＶ巻線ＨＶ１〜ＨＶ２は、ＨＶ巻線ＨＶ１〜ＨＶ２の電圧比が１：１であるように構成されており、ＬＶ巻線ＬＶ１〜ＬＶ６は、ＬＶ巻線ＬＶ１〜ＬＶ６の電圧比が１：１：１：１：１：１であるように構成されている。さらに、直列に結合されたＨＶ巻線対直列に結合されたＬＶ巻線の電圧比は１：１である。例えば、直列に結合されたＨＶ巻線ＨＶ１およびＨＶ２が１３８ｋＶの電圧を含むＡＣ電力を受け取る場合、各ＨＶ巻線の両端間の電圧は６９ｋＶであり、直列に結合された各ＬＶ巻線の両端間の電圧は２３ｋＶである。

図９Ｃを参照すると、共通のコア９２１、１つのＨＶ巻線ＨＶ１、および６つのＬＶ巻線ＬＶ１〜ＬＶ６を含んでいる、例示的な１／６変圧器モジュール９２０が示されている。各巻線は、２つの巻線出力端子を含んでおり、ＨＶ巻線ＨＶ１は、出力端子Ｈ１ａおよびＨ１ｂを含んでおり、ＬＶ巻線ＬＶ１は、出力端子Ｌ１ａおよびＬ１ｂを含んでおり、ＬＶ巻線ＬＶ２は、出力端子Ｌ２ａおよびＬ２ｂを含んでおり、ＬＶ巻線ＬＶ３は、出力端子Ｌ３ａおよびＬ３ｂを含んでおり、ＬＶ巻線ＬＶ４は、出力端子Ｌ４ａおよびＬ４ｂを含んでおり、ＬＶ巻線ＬＶ５は、出力端子Ｌ５ａおよびＬ５ｂを含んでおり、またＬＶ巻線ＬＶ６は、出力端子Ｌ６ａおよびＬ６ｂを含んでいる。

特定の実施形態では、ＬＶ巻線ＬＶ１〜ＬＶ６は、ＬＶ巻線ＬＶ１〜ＬＶ６の電圧比が１：１：１：１：１：１であるように構成されており、ＨＶ巻線ＨＶ１対直列に結合されたＬＶ巻線の電圧比が１：１である。例えば、ＨＶ巻線ＨＶ１が１３８ｋＶの電圧を有するＡＣ電力を受け取る場合、各ＬＶ巻線の両端間の電圧は２３ｋＶである。

図１０Ａを参照すると、共通のコア１００１、１つのＨＶ巻線ＨＶ１、および４つのＬＶ巻線ＬＶ１〜ＬＶ４を含んでいる、例示的な１／４変圧器モジュール１０００が示されている。各巻線は、２つの巻線出力端子を含んでおり、ＨＶ巻線ＨＶ１は、出力端子Ｈ１ａおよびＨ１ｂを含んでおり、ＬＶ巻線ＬＶ１は、出力端子Ｌ１ａおよびＬ１ｂを含んでおり、ＬＶ巻線ＬＶ２は、出力端子Ｌ２ａおよびＬ２ｂを含んでおり、ＬＶ巻線ＬＶ３は、出力端子Ｌ３ａおよびＬ３ｂを含んでおり、またＬＶ巻線ＬＶ４は、出力端子Ｌ４ａおよびＬ４ｂを含んでいる。

ＬＶ巻線ＬＶ１〜ＬＶ４は、ＬＶ巻線ＬＶ１〜ＬＶ４の電圧比が５：１：１：５であるように構成されており、ＨＶ巻線ＨＶ１は、ＨＶ１対直列に結合されたＬＶ巻線の電圧比が５：３であるように構成されている。例えば、ＨＶ巻線ＨＶ１が１３８ｋＶの電圧を有するＡＣ電力を受け取る場合、ＬＶ巻線ＬＶ１の両端間の電圧は５７．５ｋＶであり、ＬＶ巻線ＬＶ２の両端間の電圧は１１．５ｋＶであり、ＬＶ巻線ＬＶ３の両端間の電圧は１１．５ｋＶであり、ＬＶ巻線ＬＶ４の両端間の電圧は５７．５ｋＶである。

図１０Ｂを参照すると、図１０Ａにおける変圧器モジュール１０００のような１／４変圧器モジュールを表す等価回路１０１０が示されている。回路１０１０は、ＬＶ巻線出力端子Ｌ１ａ〜ｂ、Ｌ２ａ〜ｂ、Ｌ３ａ〜ｂ、Ｌ４ａ〜ｂ、およびＨＶ巻線出力端子Ｈ１ａ〜ｂおよびＨ２ａ〜ｂを含んでいる。

図１１Ａを参照すると、共通のコア１１０１、２つのＨＶ巻線ＨＶ１〜ＨＶ２、および４つのＬＶ巻線ＬＶ１〜ＬＶ４を含んでいる、例示的な２／４変圧器モジュール１１００が示されている。各巻線は、２つの巻線出力端子を含んでおり、ＨＶ巻線ＨＶ１は、出力端子Ｈ１ａおよびＨ１ｂを含んでおり、ＨＶ巻線ＨＶ２は、出力端子Ｈ２ａおよびＨ２ｂを含んでおり、ＬＶ巻線ＬＶ１は、出力端子Ｌ１ａおよびＬ１ｂを含んでおり、ＬＶ巻線ＬＶ２は、出力端子Ｌ２ａおよびＬ２ｂを含んでおり、ＬＶ巻線ＬＶ３は、出力端子Ｌ３ａおよびＬ３ｂを含んでおり、またＬＶ巻線ＬＶ４は、出力端子Ｌ４ａおよびＬ４ｂを含んでいる。

ＬＶ巻線ＬＶ１〜ＬＶ４は、ＬＶ巻線ＬＶ１〜ＬＶ４の電圧比が５：１：１：５であるように構成されており、ＨＶ巻線ＨＶ１〜ＨＶ２は、ＨＶ１対ＨＶ２の電圧比が１：１であるように構成されている。直列に結合されたＨＶ巻線対直列に結合されたＬＶ巻線の電圧比は１：１である。例えば、ＨＶ巻線が１３８ｋＶの電圧を有するＡＣ電力を受け取る場合、ＨＶ１の両端間の電圧は６９ｋＶであり、ＨＶ２の両端間の電圧は６９ｋＶであり、ＬＶ巻線ＬＶ１の両端間の電圧は５７．５ｋＶであり、ＬＶ巻線ＬＶ２の両端間の電圧は１１．５ｋＶであり、ＬＶ巻線ＬＶ３の両端間の電圧は１１．５ｋＶであり、ＬＶ巻線ＬＶ４の両端間の電圧は５７．５ｋＶである。

図１１Ｂを参照すると、図１１Ａにおける変圧器モジュール１１００のような２／４変圧器モジュールを表す等価回路１１１０が示されている。回路１１１０は、ＬＶ巻線出力端子Ｌ１ａ〜ｂ、Ｌ２ａ〜ｂ、Ｌ３ａ〜ｂ、Ｌ４ａ〜ｂ、およびＨＶ巻線出力端子Ｈ１ａ〜ｂおよびＨ２ａ〜ｂを含んでいる。

図１２Ａを参照すると、共通のコア１２０１、４つのＨＶ巻線ＨＶ１〜ＨＶ４、および４つのＬＶ巻線ＬＶ１〜ＬＶ４を含んでいる、例示的な４／４変圧器モジュール１２００が示されている。各巻線は、２つの巻線出力端子を含んでおり、ＨＶ巻線ＨＶ１は、出力端子Ｈ１ａおよびＨ１ｂを含んでおり、ＨＶ巻線ＨＶ２は、出力端子Ｈ２ａおよびＨ２ｂを含んでおり、ＨＶ巻線ＨＶ３は、出力端子Ｈ３ａおよびＨ３ｂを含んでおり、ＨＶ巻線ＨＶ４は、出力端子Ｈ４ａおよびＨ４ｂを含んでおり、ＬＶ巻線ＬＶ１は、出力端子Ｌ１ａおよびＬ１ｂを含んでおり、ＬＶ巻線ＬＶ２は、出力端子Ｌ２ａおよびＬ２ｂを含んでおり、ＬＶ巻線ＬＶ３は、出力端子Ｌ３ａおよびＬ３ｂを含んでおり、またＬＶ巻線ＬＶ４は、出力端子Ｌ４ａおよびＬ４ｂを含んでいる。

ＬＶ巻線ＬＶ１〜ＬＶ４は、ＬＶ巻線ＬＶ１〜ＬＶ４の電圧比が５：１：１：５であるように構成されており、ＨＶ巻線ＨＶ１〜ＨＶ４は、ＨＶ１〜ＨＶ４の電圧比が５：１：１：５であるように構成されている。直列に結合されたＨＶ対直列に結合されたＬＶ巻線の電圧比は１：１である。例えば、ＨＶ巻線が１３８ｋＶの電圧を有するＡＣ電力を受け取る場合、ＨＶ巻線ＨＶ１の両端間の電圧は５７．５ｋＶであり、ＨＶ２の両端間の電圧は１１．５ｋＶであり、ＨＶ３の両端間の電圧は１１．５ｋＶであり、ＨＶ４の両端間の電圧は５７．５ｋＶであり、ＬＶ巻線ＬＶ１の両端間の電圧は５７．５ｋＶであり、ＬＶ巻線ＬＶ２の両端間の電圧は１１．５ｋＶであり、ＬＶ巻線ＬＶ３の両端間の電圧は１１．５ｋＶであり、ＬＶ巻線ＬＶ４の両端間の電圧は５７．５ｋＶである。

図１２Ｂを参照すると、図１２Ａにおける変圧器モジュール１２００のような４／４変圧器モジュールを表す等価回路１２１０が示されている。回路１２１０は、ＬＶ巻線出力端子Ｌ１ａ〜ｂ、Ｌ２ａ〜ｂ、Ｌ３ａ〜ｂ、Ｌ４ａ〜ｂ、およびＨＶ巻線出力端子Ｈ１ａ〜ｂ、Ｈ２ａ〜ｂ、Ｈ３ａ〜ｂおよびＨ４ａ〜ｂを含んでいる。

図１３を参照すると、変圧器モジュールの等価回路１３１０、１３２０、１３３０、１３４０、１３５０、１３６０および１３７０が示されている。回路１３１０、１３２０、１３３０および１３４０は、図１２Ａにおける変圧器モジュール１２００のＨＶ巻線とＬＶ巻線との間の種々の接続を示す。回路１３５０、１３６０および１３７０は、図１０Ａにおける１／４変圧器モジュール１０００のＨＶ巻線とＬＶ巻線との間の種々の接続を示す。

回路１３１０は、４つすべてのＨＶ巻線が、入力端子１３１１間で直列に結合されており、かつすべてのＬＶ巻線が、出力端子１３１３間で直列に結合されている、４／４変圧器モジュール１２００を示す。ＨＶ巻線対ＬＶ巻線の実効電圧比は１：１であるので、入力端子１３１１において変圧器モジュールによって受け取られるＡＣ電力の電圧は、出力端子１３１３におけるＡＣ電力出力の電圧と同一である。

回路１３２０は、４つすべてのＨＶ巻線が、入力端子１３２１間で直列に結合されており、かつＬＶ巻線ＬＶ１およびＬＶ４が、出力端子１３２３間で直列に結合されている、４／４変圧器モジュール１２００を示す。ＨＶ巻線対ＬＶ巻線の実効電圧比は６：５であるので、１３８ｋＶの入力電圧は、１１５ｋＶに降圧されることになる。

回路１３３０は、ＨＶ巻線ＨＶ１およびＨＶ４が、入力端子１３３１間で直列に結合されており、かつ４つすべてのＬＶ巻線が、出力端子１３３３間で直列に結合されている、４／４変圧器モジュール１２００を示す。ＨＶ巻線対ＬＶ巻線の実効電圧比は５：６であるので、１１５ｋＶの入力電圧は、１３８ｋＶに昇圧されることになる。

回路１３４０は、ＨＶ巻線ＨＶ１およびＨＶ４が、入力端子１３４１間で直列に結合されており、ＬＶ巻線ＬＶ１およびＬＶ４が、出力端子１３４３間で直列に結合されている、４／４変圧器モジュール１２００を示す。ＨＶ巻線対ＬＶ巻線の実効電圧比は１：１であるので、出力端子１３４３の両端間の出力電圧は、入力端子１３４１の両端間の入力電圧に等しい。

回路１３５０は、ＨＶ巻線ＨＶ１が、入力端子１３５１に結合されており、かつ４つすべてのＬＶ巻線が、直列に結合されている、１／４変圧器モジュール１０００を示す。ＨＶ巻線対ＬＶ巻線の実効電圧比は５：３であるので、２３０ｋＶの入力電圧は、１３８ｋＶに降圧されることになる。

回路１３６０は、ＨＶ巻線ＨＶ１が、入力端子１３６１に結合されており、かつＬＶ巻線ＬＶ１およびＬＶ４が、直列に結合されている、１／４変圧器モジュール１０００を示す。ＨＶ巻線対ＬＶ巻線の実効電圧比は２：１であるので、２３０ｋＶの入力電圧は、１１５ｋＶに降圧されることになる。

回路１３７０は、ＨＶ巻線ＨＶ１が、入力端子１３７１に結合されており、ＬＶ巻線ＬＶ１およびＬＶ２が、直列に結合されており、かつ直列に結合されたＬＶ３およびＬＶ４に並列に結合されている、１／４変圧器モジュール１０００を示す。ＨＶ巻線対ＬＶ巻線の実効電圧比は１０：３であるので、２３０ｋＶの入力電圧は、６９ｋＶに降圧されることになる。

図１４Ａおよび図１４Ｂを参照すると、図１０Ａの１／４変圧器モジュール１０００と、図１２Ａの４／４変圧器モジュール１２００との組み合わせを有している、変圧器ブロック１４１０、１４２０、１４３０、１４４０および１４５０の例示的な部分が示されている。標準変圧器ブロックの各ブロック構成において、各変圧器モジュールにおける８３．３％もの巻線が使用されないように変圧器モジュールを構成することができ、これによって不必要なコストおよび構成材料が低減されていることに留意することは重要である。

変圧器ブロック１４１０は、１つの１／４変圧器モジュール１４１５および２つの４／４変圧器モジュール１４１７を含んでいる。各モジュールからのすべてのＨＶ巻線は、入力端子１４１１ａと１４１１ｂとの間で直列に結合されている。各モジュールのＬＶ巻線ＬＶ１およびＬＶ４は、直列に結合されており、モジュール１４１５のＬＶ巻線は、出力端子１４１３ａと１４１３ｂとの間で、モジュール１４１７および１４１９の並列に結合されたＬＶ巻線に直列に結合されている。ＨＶ巻線対ＬＶ巻線の実効電圧比は１１：５であるので、５００ｋＶの入力電圧は、約２３０ｋＶに降圧されることになる。

変圧器ブロック１４２０は、３つの４／４変圧器モジュール１４２５、１４２７および１４２９を含んでいる。各モジュールのＬＶ巻線ＬＶ１およびＬＶ４は、直列に結合されており、また各モジュールのＬＶ巻線は、１４２１ａと１４２１ｂとの間で一緒に直列に結合されている。各モジュールのすべてのＨＶ巻線は、直列に結合されており、また各モジュールからのＨＶモジュールは、出力端子１４２３ａと１４２３ｂとの間で並列に結合されている。ＬＶ巻線対ＨＶ巻線の実効電圧比は５：２であるので、３４５ｋＶの入力電圧は、１３８ｋＶに降圧されることになる。

変圧器ブロック１４３０は、３つの４／４変圧器モジュール１４３５、１４３７および１４３９を含んでいる。各モジュールのＨＶ巻線ＨＶ１およびＨＶ４は、直列に結合されており、また各モジュールのＨＶ巻線は、１４３１ａと１４３１ｂとの間で一緒に直列に結合されている。各モジュールのＬＶ巻線ＬＶ１およびＬＶ４は、直列に結合されており、各モジュールからのＬＶ巻線は、出力端子１４３３ａと１４３３ｂとの間で並列に結合されている。ＨＶ巻線対ＬＶ巻線の実効電圧比は３：１であるので、３４５ｋＶの入力電圧は、１１５ｋＶに降圧されることになる。

変圧器ブロック１４４０は、３つの１／４変圧器モジュール１４４５、１４４７および１４４９を含んでいる。モジュール１４４５、１４４７および１４４９のＨＶ巻線は、入力巻線１４４１ａと１４４１ｂとの間で並列に結合されている。各モジュールのＬＶ巻線ＬＶ１およびＬＶ４は、一緒に直列に結合されており、また各モジュールのＬＶ巻線は、出力端子１４４３ａと１４４３ｂとの間で並列に結合されている。ＨＶ巻線対ＬＶ巻線の実効電圧比は２：１であるので、２３０ｋＶの入力電圧は、１１５ｋＶに降圧されることになる。

変圧器ブロック１４５０は、３つの１／４変圧器モジュール１４５５、１４５７および１４５９を含んでいる。モジュール１４５５、１４５７および１４５９のＨＶ巻線は、入力巻線１４５１ａと１４５１ｂとの間で並列に結合されている。各モジュールのＬＶ巻線ＬＶ１およびＬＶ２は、一緒に直列に結合されており、また各モジュールのＬＶ巻線ＬＶ３およびＬＶ４は、一緒に直列に結合されており、かつＬＶ巻線ＬＶ１およびＬＶ２に並列に結合されており、また各モジュールのＬＶ巻線は、出力端子１４５３ａと１４５３ｂとの間で他のモジュールのＬＶ巻線に並列に結合されている。ＨＶ巻線対ＬＶ巻線の実効電圧比は１０：３であるので、２３０ｋＶの入力電圧は、６９ｋＶに降圧されることになる。

下記では、多数の例示的な実施形態についてさらに説明する。１つの実施形態は、マトリクス電力変圧器システムであって、このマトリクス電力変圧器システムは、１つ以上の変圧器ブロックを含んでおり、各変圧器ブロックは、複数の変圧器モジュールアセンブリを含んでおり、各変圧器モジュールアセンブリは、一次巻線および二次巻線を含んでおり、各変圧器モジュールアセンブリの一次巻線は、複数の変圧器モジュールアセンブリのうちの別の変圧器モジュールアセンブリの一次巻線に結合されており、各変圧器モジュールアセンブリの二次巻線は、第１の複数の変圧器モジュールアセンブリのうちの別の変圧器モジュールアセンブリの二次巻線に結合されており、複数の変圧器モジュールアセンブリのうちの少なくとも１つは、オンラインまたはオフライン時に調整可能であるタップ切換器を備えた調整巻線を使用する、選択可能または調整可能なインピーダンスを含んでいる。

別の例示的な実施形態は、マトリクス電力変圧器システムであって、このマトリクス電力変圧器システムは、入力および出力を備えた一次巻線ならびに入力および出力を備えた二次巻線をそれぞれが有している、第１の複数の変圧器モジュールアセンブリを含んでいる第１の変圧器ブロックと、第２の複数の変圧器モジュールアセンブリを含んでおり、かつその第２の複数の変圧器モジュールアセンブリのうちの少なくとも１つが、オンラインまたはオフライン時に調整可能であるタップ切換器を備えた調整巻線を使用する、選択可能または調整可能なインピーダンスを含んでいる、第２の変圧器ブロックと、を有している。

さらに別の例示的な実施形態は、マトリクス電力変圧器システムであって、このマトリクス電力変圧器システムは、それぞれが複数の変圧器モジュールを含んでいる複数のブロックアセンブリを有しており、各変圧器モジュールは、入力に結合された一次巻線および出力に結合された二次巻線を含んでおり、１つのブロックアセンブリにおける各変圧器モジュールの入力は一緒に結合されており、各変圧器ブロックの出力は一緒に結合されており、二次巻線のうちの１つは、関連する変圧器モジュールアセンブリの出力または関連するモジュールアセンブリの別の二次巻線に選択的に結合されるように構成された複数のタップを含んでいる。

前述のマトリクス電力変圧器システムの特定の形態では、各ブロックアセンブリは、４０トン未満の重量を有するように構成されており、マトリクス電力変圧器システムは、１００メガボルトアンペア（ＭＶＡ）超の定格電力を有している。特定の形態では、各変圧器モジュールは、直列または並列に結合された複数の一次巻線を含んでおり、また各変圧器モジュールは、直列または並列に結合された複数の第２の巻線を含んでいる。特定の形態では、各入力は、２つの入力端子を含んでおり、各入力端子は、別の変圧器モジュールアセンブリの少なくとも１つの端子に結合されており、各出力は、２つの出力端子を含んでおり、各出力端子は、別の変圧器モジュールアセンブリの少なくとも１つの端子に結合されている。特定の形態では、複数の変圧器モジュールアセンブリは、直列に結合された複数の入力を備えた、第１のセットの変圧器モジュールアセンブリと、直列に結合された複数の入力を備えた、第２のセットの変圧器モジュールアセンブリと、を含んでおり、第１のセットの変圧器モジュールアセンブリおよび第２のセットの変圧器モジュールアセンブリは並列に結合されている。特定の形態では、各ブロックアセンブリは、外箱によって包囲されるように構成されている。特定の形態では、外箱は、４０フィート×８フィート×８フィート６インチの寸法を有する容器内に収まるように構成されている。

さらなる例示的な実施形態は、１００ＭＶＡ超の定格電力を有しているモジュール式の電力変圧器であり、このモジュール式の電力変圧器は、複数の変圧器ブロックを有しており、各変圧器ブロックは、容器、第１のセットのブロック端子、第２のセットのブロック端子、および容器内に設けられている複数の変圧器モジュールを含んでおり、各モジュールは、第１のセットのモジュール端子、第２のセットのモジュール端子、第１のセットのモジュール端子に結合された少なくとも１つの一次巻線、第２のセットのモジュール端子に結合された少なくとも１つの二次巻線、および変圧器コアを含んでおり、１つの変圧器ブロックにおける変圧器モジュールの一次巻線は、第１のセットのブロック端子間で一緒に結合されており、同一の変圧器ブロックにおける変圧器モジュールの二次巻線は、第２のセットのブロック端子間で一緒に結合されている。

前述のモジュール式の電力変圧器の特定の形態では、各変圧器ブロックの重量は、４０トン以下である。特定の形態では、１つの変圧器ブロックにおける変圧器モジュールの一次巻線は、並列に、直列に、またはそれらの組み合わせで、一緒に結合されている。前述したものの特定の形態では、変圧器モジュールのうちの少なくとも１つは、第１の一次巻線、第２の一次巻線、第３の一次巻線、第４の一次巻線、第１の二次巻線、第２の二次巻線、第３の二次巻線および第４の二次巻線を含んでおり、第１の一次巻線対第２の一次巻線対第３の一次巻線対第４の一次巻線の電圧比は、５：１：１：５であり、第１の二次巻線対第２の二次巻線対第３の二次巻線対第４の二次巻線の電圧比は、５：１：１：５である。特定の形態では、変圧器モジュールのうちの少なくとも１つは、第１の一次巻線、第２の一次巻線、第３の一次巻線、第４の一次巻線、第１の二次巻線および第２の二次巻線を含んでおり、第１の一次巻線対第２の一次巻線対第３の一次巻線対第４の一次巻線の電圧比は、５：１：１：５であり、第１の二次巻線対第２の二次巻線の電圧比は、１：１である。特定の形態では、変圧器モジュールのうちの少なくとも１つは、第１の一次巻線、第２の一次巻線、第３の一次巻線、第４の一次巻線および二次巻線を含んでおり、第１の一次巻線対第２の一次巻線対第３の一次巻線対第４の一次巻線の電圧比は、５：１：１：５である。特定の形態では、変圧器モジュールのうちの少なくとも１つは、第１の一次巻線、第２の一次巻線、第３の一次巻線、第４の一次巻線、第５の一次巻線、第６の一次巻線、第１の二次巻線、第２の二次巻線、第３の二次巻線、第４の二次巻線、第５の二次巻線および第６の二次巻線を含んでおり、第１の一次巻線対第２の一次巻線対第３の一次巻線対第４の一次巻線対第５の一次巻線対第６の一次巻線の電圧比は、１：１：１：１：１：１であり、第１の二次巻線対第２の二次巻線対第３の二次巻線対第４の二次巻線対第５の二次巻線対第６の二次巻線の電圧比は、１：１：１：１：１：１である。特定の形態では、変圧器モジュールのうちの少なくとも１つは、第１の一次巻線、第２の一次巻線、第３の一次巻線、第４の一次巻線、第５の一次巻線、第６の一次巻線、第１の二次巻線および第２の二次巻線を含んでおり、第１の一次巻線対第２の一次巻線対第３の一次巻線対第４の一次巻線対第５の一次巻線対第６の一次巻線の電圧比は、１：１：１：１：１：１であり、第１の二次巻線対第２の二次巻線の電圧比は、１：１である。特定の形態では、変圧器モジュールのうちの少なくとも１つは、第１の一次巻線、第２の一次巻線、第３の一次巻線、第４の一次巻線、第５の一次巻線、第６の一次巻線および第１の二次巻線を含んでおり、第１の一次巻線対第２の一次巻線対第３の一次巻線対第４の一次巻線対第５の一次巻線対第６の一次巻線の電圧比は、１：１：１：１：１：１である。特定の形態では、複数のブロックのうちの１つ以上のブロックが適応型インピーダンスまたは適応型電圧モジュールを含んでいる。

さらなる例示的な実施形態は、モジュール式の電力変圧器を組み立てるための方法であり、この方法は、それぞれが一次巻線、二次巻線およびコアを含んでいる標準変圧器モジュールのセットから複数の変圧器モジュールを選択することと、それぞれが４０トン以下の重量を有している、選択された複数の変圧器モジュールのセットを結合することによって、複数の変圧器ブロックを組み立てることと、各変圧器ブロックを遠隔地に別個に輸送することと、遠隔地において各変圧器ブロックをＡＣ電力源と負荷との間に一緒に結合することと、を含む。

前述した方法の特定の形態では、標準変圧器モジュールのセットは、第１の一次巻線、第２の一次巻線、第３の一次巻線、第４の一次巻線、第１の二次巻線、第２の二次巻線、第３の二次巻線および第４の二次巻線を含む第１の標準変圧器モジュールを含んでおり、第１の一次巻線対第２の一次巻線対第３の一次巻線対第４の一次巻線の電圧比は、５：１：１：５であり、第１の二次巻線対第２の二次巻線対第３の二次巻線対第４の二次巻線の電圧比は、５：１：１：５である。特定の形態では、標準変圧器モジュールのセットは、第１の一次巻線、第２の一次巻線、第３の一次巻線、第４の一次巻線、第１の二次巻線および第２の二次巻線を含む第２の標準変圧器モジュールを含んでおり、第１の一次巻線対第２の一次巻線対第３の一次巻線対第４の一次巻線の電圧比は、５：１：１：５であり、第１の二次巻線対第２の二次巻線の電圧比は、１：１である。特定の形態では、標準変圧器モジュールのセットは、第１の一次巻線、第２の一次巻線、第３の一次巻線、第４の一次巻線および二次巻線を含む第２の標準変圧器モジュールを含んでおり、第１の一次巻線対第２の一次巻線対第３の一次巻線対第４の一次巻線の電圧比は、５：１：１：５である。特定の形態では、標準変圧器モジュールのセットは、第１の一次巻線、第２の一次巻線、第３の一次巻線、第４の一次巻線、第５の一次巻線、第６の一次巻線、第１の二次巻線、第２の二次巻線、第３の二次巻線、第４の二次巻線、第５の二次巻線および第６の二次巻線を含む第１の標準変圧器モジュールを含んでおり、第１の一次巻線対第２の一次巻線対第３の一次巻線対第４の一次巻線対第５の一次巻線対第６の一次巻線の電圧比は、１：１：１：１：１：１であり、第１の二次巻線対第２の二次巻線対第３の二次巻線対第４の二次巻線対第５の二次巻線対第６の二次巻線の電圧比は、１：１：１：１：１：１である。特定の形態では、標準変圧器モジュールのセットは、第１の一次巻線、第２の一次巻線、第３の一次巻線、第４の一次巻線、第５の一次巻線、第６の一次巻線、第１の二次巻線および第２の二次巻線を含む第２の標準変圧器モジュールを含んでおり、第１の一次巻線対第２の一次巻線対第３の一次巻線対第４の一次巻線対第５の一次巻線対第６の一次巻線の電圧比は、１：１：１：１：１：１であり、第１の二次巻線対第２の二次巻線の電圧比は、１：１である。特定の形態では、標準変圧器モジュールのセットは、第１の一次巻線、第２の一次巻線、第３の一次巻線、第４の一次巻線、第５の一次巻線、第６の一次巻線および第１の二次巻線を含む第２の標準変圧器モジュールを含んでおり、第１の一次巻線対第２の一次巻線対第３の一次巻線対第４の一次巻線対第５の一次巻線対第６の一次巻線の電圧比は、１：１：１：１：１：１である。

本開示を図面および前述の説明において詳細に図示し説明したが、これらは、説明を目的としたものであって、その特徴を限定するものではないとみなされるべきであって、特定の例示的な実施形態のみを図示し説明したこと、ならびに本開示の思想内で生じるあらゆる変更および修正の保護が所望されていることを理解されたい。上記の説明において用いた「好ましい」、「好ましくは」、「優先される」または「より優先される」などの語句の使用は、その特徴がより望ましいことの記載であるが、これは必須ではなく、その特徴を有していない実施形態も、添付の特許請求の範囲によって規定されている本開示の範囲に含まれると考えられる。特許請求の範囲を読む際に、「１つ」、「１つの」、「少なくとも１つの」または「少なくとも一部の」などの語句は、請求項において特に反対のことが記述されていない限り、その請求項を唯一の項目に限定しないことが意図されている。「〜の」なる語は、別の項目との関連または関係、さらに、使用されている文脈から明らかになる他の項目への所属または他の項目との関係も意味していると考えられる。「〜に結合される」、「〜と結合される」および類似の語句は、間接的な接続および結合を含むが、反対のことが明示的に示されていない限り、直接的な結合または接続も含む。ただし、これは必須ではない。「少なくとも一部の」かつ／または「一部の」なる表現が使用される場合、特に反対のことが記述されていない限り、項目はその一部および／または全体を含むと考えられる。

Claims (7)

1. マトリクス電力変圧器システムにおいて、
   前記マトリクス電力変圧器システムは、それぞれが複数の変圧器モジュールアセンブリを含んでいる複数のブロックアセンブリを有しており、
   前記複数のブロックアセンブリの入力が並列に結合されるとともに、前記複数のブロックアセンブリの出力が並列に結合され、
   前記複数の変圧器モジュールアセンブリは、複数行および複数列を形成し、少なくとも１つの行の入力が直列に結合され、直列に結合された変圧器モジュールアセンブリの入力同士が一緒に結合され、少なくとも１つの列の出力が直列に結合され、直列に結合された変圧器モジュールアセンブリの出力同士が一緒に結合され、
   各変圧器モジュールアセンブリは、各変圧器モジュールアセンブリの前記入力に結合された一次巻線および各変圧器モジュールアセンブリの前記出力に結合された二次巻線を含んでおり、１つのブロックアセンブリにおける各変圧器モジュールアセンブリの前記入力は、一緒に結合されており、各変圧器モジュールアセンブリの前記出力は、一緒に結合されており、
   前記二次巻線のうちの１つは、関連する変圧器モジュールアセンブリの前記出力と、関連する変圧器モジュールアセンブリの別の二次巻線とのうちのいずれか一方に選択的に結合されるように構成された複数のタップを含み、
   前記複数のタップを含む前記二次巻線は、グラウンド端子に物理的に近接する行または列に配置される、マトリクス電力変圧器システム。
2. 各ブロックアセンブリは、４０トン未満の重量を有するように構成されており、前記マトリクス電力変圧器システムは、１００メガボルトアンペア（ＭＶＡ）超の定格電力を有している、
   請求項１記載のマトリクス電力変圧器システム。
3. 各変圧器モジュールアセンブリは、直列または並列に結合された複数の一次巻線を含んでおり、各変圧器モジュールアセンブリは、直列または並列に結合された複数の二次巻線を含んでいる、請求項１記載のマトリクス電力変圧器システム。
4. 各変圧器モジュールアセンブリの前記入力は、２つの入力端子を含んでおり、各入力端子は、別の変圧器モジュールアセンブリの少なくとも１つの入力端子に結合されており、各変圧器モジュールアセンブリの前記出力は、２つの出力端子を含んでおり、各出力端子は、別の変圧器モジュールアセンブリの少なくとも１つの出力端子に結合されている、請求項３記載のマトリクス電力変圧器システム。
5. 前記複数の変圧器モジュールアセンブリは、直列に結合された複数の入力を備えた、第１のセットの変圧器モジュールアセンブリと、直列に結合された複数の入力を備えた、第２のセットの変圧器モジュールアセンブリと、を含んでおり、前記第１のセットの変圧器モジュールアセンブリおよび前記第２のセットの変圧器モジュールアセンブリは、前記直列に結合された入力同士が並列に結合されている、
   請求項４記載のマトリクス電力変圧器システム。
6. 各ブロックアセンブリは、外箱によって包囲されるように構成されている、
   請求項１記載のマトリクス電力変圧器システム。
7. 前記外箱は、４０フィート×８フィート×８フィート６インチの寸法を有する容器内に収まるように構成されている、
   請求項６記載のマトリクス電力変圧器システム。

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