JPH05207660A

JPH05207660A - 電源障害対策装置

Info

Publication number: JPH05207660A
Application number: JP4012884A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Fukada; 雅一深田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-01-28
Filing date: 1992-01-28
Publication date: 1993-08-13
Anticipated expiration: 2015-05-22
Also published as: JP3044119B2

Abstract

(57)【要約】【目的】直列コンデンサを採用することなく電源側イ
ンピーダンス２及びき電用変圧器３Ａのインピーダンス
分による電圧降下の補償、さらには電圧不平衡、逆相電
流の補償を可能とすると共に、有効電力変動を平均化し
て契約受電電力の低減を可能とする。【構成】変形ウッドブリッジ結線変圧器３Ａを採用
し、それに接続されたＰＱＣ７を備えた。ＰＱＣ７の無
効電力補償機能により、電源側及び変圧器３Ａのインピ
ーダンスによる電圧変動などが補償される。また、変圧
器３Ａの２次側は直接的にはＰＱＣ７の補償対象外であ
るが、その２次巻線側分離インピーダンスがほぼ零に設
定されているので、この部分での電圧降下がほとんど発
生せず、変圧器３Ａの２次側の電圧降下も実質的に補償
される。さらに、ＰＱＣ７の有効電力補償機能により、
電鉄負荷のような重負荷と軽負荷時を平均化し、契約受
電電力を最小化することができる

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、我が国のＪ
Ｒ新幹線のような単相交流き電回路において、その大容
量単相交流変動負荷により発生する電圧変動、電圧不平
衡、逆相電流及び電圧降下等の電源障害を解消すると共
に、受電電力量の平均化による低減を可能とする電源障
害対策装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の電源障害対策装置の構成を図５を
参照しながら説明する。図５は、例えば平成２年電気学
会全国大会論文誌９３１頁「東海道新幹線大高変電所用
無効電力補償装置（ＳＶＣ）の効果確認試験」に示され
た従来の電源障害対策装置の構成を示す図である。

【０００３】図５において、１は３次交流電源、２は電
源側インピーダンス、３は３相／２相変換を行うき電用
のスコット結線変圧器、４は各単相き電回路に設置され
たＴＣＲ方式の無効電力補償装置（以下、「ＳＶＣ」と
いう。）、５は各単相き電回路のき電線インピーダン
ス、６は単相交流負荷としての新幹線の列車負荷であ
る。

【０００４】つぎに、前述した従来の電源障害対策装置
の動作を説明する。３相交流電源１からの３相交流電力
は、スコット結線変圧器３により単相交流電力に変換さ
れ、上下線の各単相き電回路を走行する列車負荷６に供
給される。ところで、列車負荷６の力行中は、列車１編
成当たり３０ＭＶＡ程度の電力が消費される。この時の
列車の入力力率は０．７〜０．８程度であるため大きな
無効電力を発生することになる。

【０００５】この無効電力が電源側インピーダンス２及
びスコット結線変圧器３に流れて電圧降下が生じる。同
一き電区間内に複数編成の列車負荷６が運行される場合
には、特に対策を施さないと、定格３０ＫＶのき電線電
圧が２０ＫＶ以下に低下し低電圧のため列車の運行に支
障を来すことがある。このため、図５に示すように、ス
コット結線変圧器３の２次側にＳＶＣ４を設置して列車
負荷６の無効電力を補償し上記電圧降下を抑制する対策
を採用することになる。

【０００６】図６は、他の従来の電源障害対策装置を示
すもので、ここではＳＶＣ４をスコット結線変圧器３の
１次側に設置している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
電源障害対策装置では、例えば、図５に示すようにスコ
ット結線変圧器３の２次側にＳＶＣ４を設置した場合、
列車負荷６の無効電力とスコット結線変圧器３のインピ
ーダンス分とによって生じる電圧降下については１００
％補償することは可能であるが、スコット結線変圧器３
より電源側の電源側インピーダンス２による電圧変動は
各単相負荷の不平衡等により約６０％程度しか改善され
ない。また、電圧の不平衡や逆相電流の補償も十分には
できないという問題点があった。

【０００８】また、図６に示すように、スコット結線変
圧器３の１次側にＳＶＣ４を設置して列車負荷６の無効
電力を１００％補償することにより、電源側電圧変動、
電圧不平衡及び逆相電流は改善可能であるが、スコット
結線変圧器３のインピーダンス分による電圧降下は補償
することができない。このため、スコット結線変圧器３
の２次側に直列コンデンサ（図６では図示せず）を設置
してこのスコット結線変圧器３のインピーダンス分によ
る電圧降下を補償する方式を採用することもあるが、こ
の場合、変圧器鉄心特性と直列コンデンサとでいわゆる
分数調波振動等の有害な現象が発生するという問題点が
あった。

【０００９】さらに、従来の電源障害対策装置では、単
に無効電力を調整するのみで有効電力の急激な変化を補
償することは不可能であるという問題点があった。

【００１０】この発明は、前述した問題点を解決するた
めになされたもので、直列コンデンサを採用することな
く電源側インピーダンス及びき電用変圧器のインピーダ
ンス分による電圧降下の補償、さらには電圧不平衡、逆
相電流の補償を可能とすると共に、契約受電電力を必要
最小限にすることができる電源障害対策装置を得ること
を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明に係る電源障害
対策装置は、次に掲げる手段を備えたものである。〔１〕３相交流電源に接続され３相の各相巻線からな
る１次巻線、単相交流負荷に接続され３相の各相巻線か
らなる２次巻線、及び３相の各相巻線からなる３次巻線
から構成され、前記各巻線間インピーダンスを３巻線分
離したときの２次巻線側分離インピーダンスがほぼ零と
なるように設定し、前記３相交流電源からの３相交流電
力を単相交流電力に変換して前記単相交流負荷に供給す
る変圧器。〔２〕前記変圧器の３次巻線に接続され有効・無効電
力を補償する有効・無効電力補償装置。

【００１２】

【作用】この発明においては、３相交流電源に接続され
３相の各相巻線からなる１次巻線、単相交流負荷に接続
され３相の各相巻線からなる２次巻線、及び３相の各相
巻線からなる３次巻線から構成され、前記各巻線間イン
ピーダンスを３巻線分離したときの２次巻線側分離イン
ピーダンスがほぼ零となるように設定した変圧器によっ
て、前記３相交流電源からの３相交流電力が単相交流電
力に変換されて前記単相交流負荷に供給される。また、
前記変圧器の３次巻線に接続された有効・無効電力補償
装置によって、有効・無効電力が補償される。

【００１３】

【実施例】実施例１．この発明の実施例１の構成を図１
及び図２を参照しながら説明する。図１は、この発明の
実施例１の構成を示す図であり、３相交流電源１、電源
側インピーダンス２、き電線インピーダンス５、列車負
荷６は上述した従来装置のものと同様である。図２は、
この発明の実施例１の変形ウッドブリッジ結線変圧器の
等価回路を示す図である。なお、各図中、同一符号は同
一又は相当部分を示す。

【００１４】図１において、３Ａは３相／２相変換用の
き電用変圧器としてのいわゆる変形ウッドブリッジ結線
変圧器、７は、変形ウッドブリッジ結線変圧器３Ａの３
次巻線３３に接続された有効・無効電力補償装置（以
下、「ＰＱＣ」という。）である。なお、変形ウッドブ
リッジ変圧器３Ａは、１次巻線３１、２次巻線３２、３
次巻線３３から構成されている。また、き電線インピー
ダンス５はその図示が省略されている。

【００１５】また、ＰＱＣ７は、インバータ用変圧器８
と、インバータ部９と、直流コンデンサ１０と、チョッ
パ部１１と、超電導コイル部１２とから構成されてい
る。

【００１６】前述した変形ウッドブリッジ結線変圧器３
Ａについて詳細に説明する。１次巻線３１は、例えば、
Ｕ、Ｖ、Ｗ３相の各相巻線を星形に結線したもので、３
相交流電源１に接続されている。２次巻線３２は、Ｕ、
Ｖ、Ｗ３相の各相巻線を三角に結線したものを２個、そ
のＶ相巻線を互いに並列に接続したもので、図上のそれ
ぞれ上下両端子及び左右両端子が各単相交流負荷６に接
続されている。３次巻線３３は、１次巻線３１と同様、
Ｕ、Ｖ、Ｗ３相の各相巻線を星形に結線したもので、既
述したとおりＰＱＣ７に接続されている。すなわち、変
形ウッドブリッジ結線変圧器３Ａはその各次巻線が共
に、Ｕ、Ｖ、Ｗ３相の各相巻線から構成されている。

【００１７】図２は、変形ウッドブリッジ結線変圧器３
Ａをインピーダンスで示す等価回路であり、抵抗分は極
めて小さいため、これを無視し、リアクタンス分をＸで
表している。Ｘ１は、変形ウッドブリッジ結線変圧器３
Ａの各巻線間インピーダンスを３巻線分離したときの１
次巻線側分離インピーダンス、またＸ２は、同様の２次
巻線側分離インピーダンス、Ｘ３は、同様の３次巻線側
分離インピーダンスである。

【００１８】変形ウッドブリッジ変圧器３Ａの１次−２
次間％インピーダンスは、自己容量ベースで、例えば７
７ＫＶ受電では８％程度、１５４ＫＶ受電では１０％程
度、また２７５ＫＶ受電では１３％程度となるが、ここ
では、２次巻線側分離インピーダンスＸ２をほぼ零％と
して上記％値が１次巻線側分離インピーダンスＸ１に集
中するように設定されている。具体的には前述したイン
ピーダンス特性が得られるように、各次巻線の形状及び
相互配置関係を調整設定している。

【００１９】つぎに、前述した実施例１の動作を説明す
る。複数編成の列車負荷６が運行されると、現在の主な
直流モータ駆動車は、その入力力率が０．７〜０．８程
度であるため大きな無効電力を発生することになる。こ
の無効電力と電源側インピーダンス２、変形ウッドブリ
ッジ結線変圧器３Ａのインピーダンス分及びき電線イン
ピーダンス５とにより電圧降下が発生することになる
が、電源側インピーダンス２と変形ウッドブリッジ結線
変圧器３Ａのインピーダンス分とによる電圧降下は変形
ウッドブリッジ結線変圧器３Ａの３次巻線３３に接続さ
れたＰＱＣ７により完全に補償されるので、２次巻線３
２の端子電圧、すなわちき電線送り出し電圧は定格の例
えば３０ＫＶに保たれることになる。なお、き電線イン
ピーダンス５により発生する電圧降下は、送り出し電圧
が３０ＫＶに維持されておれば、き電線末端においても
列車の運行に支障を来すことはない。

【００２０】また、ＰＱＣ７の無効電力補償機能によっ
て３相交流電源１側の無効電力変動を補償するので、電
源側電圧変動は勿論、電圧不平衡及び逆相電流の補償も
同時に達成されることになると共に、有効電力補償機能
によって例えばピーク負荷有効電力の半分を補償するこ
とで、契約受電電力も約半分に抑制することが可能とな
る。

【００２１】さらに、ＰＱＣ７を変形ウッドブリッジ結
線変圧器３Ａの３次巻線３３に接続するようにしたの
で、３次巻線３３の電圧をＰＱＣ７に最適の値に選定す
ることにより専用の降圧変圧器が不要となる。

【００２２】この発明の実施例１は、前述したように、
直列コンデンサを採用することなく電源側インピーダン
ス２及びき電用変圧器３Ａのインピーダンス分による電
圧降下の補償、さらには電圧不平衡、逆相電流の補償を
可能とすると共に、有効電力変動を平均化して契約受電
電力の低減を可能とする。き電用変圧器として変形ウッ
ドブリッジ結線変圧器３Ａを採用し、それに接続された
ＰＱＣ７（有効・無効電力補償装置）を備えているの
で、変圧器３Ａの３次巻線３３に接続されたＰＱＣ７の
無効電力補償機能が動作することにより、電源側及び変
圧器３Ａのインピーダンスによる電圧変動が補償され、
さらに電圧不平衡及び逆相電流が補償される。また、変
圧器３Ａの２次側は直接的には上記ＰＱＣ７の補償対象
外であるが、その２次巻線側分離インピーダンスがほぼ
零に設定されているので、この部分での電圧降下がほと
んど発生せず、変圧器３Ａの２次側の電圧降下も実質的
に補償される。また、ＰＱＣ７の有効電力補償機能が動
作することにより、電鉄負荷のような重負荷と軽負荷時
を平均化し、契約受電電力を最小化することができると
いう効果を奏する。

【００２３】実施例２．なお、前述した実施例１では、
３相／２相変換のためのき電用の変圧器として変形ウッ
ドブリッジ結線変圧器３Ａを採用したが、図３に示す構
成のルブラン結線変圧器３Ｂを採用するようにしてもよ
い。図３は、この発明の実施例２のルブラン結線変圧器
の構成を示す図である。

【００２４】図３において、結線が変形ウッドブリッジ
結線変圧器３Ａの場合と大きく異なるのは２次巻線３２
Ｂであるが、Ｕ、Ｖ、Ｗ３相の各相巻線を適宜結線して
構成する点では上記実施例１と同様である。この場合、
図中矢印で示すように、各単相交流出力が得られる。勿
論、この実施例２においても、２次巻線側分離インピー
ダンスをほぼ零に設定する必要がある。

【００２５】変形ウッドブリッジ結線変圧器３Ａでは２
次側から得られる両単相交流出力の端子電圧が相互に異
なり、図１では省略しているが、実際は２次側に昇圧変
圧器等が必要となるのに対し、ルブラン結線変圧器３Ｂ
では両単相交流出力の端子電圧が等しくなるので、昇圧
変圧器などが不要となる利点がある。

【００２６】もっとも、変形ウッドブリッジ結線変圧器
３Ａを採用した場合は上記した昇圧変圧器が必要となる
が、通常これら変圧器は単巻変圧器で製作され、そのイ
ンピーダンスを十分低い値に抑えることが可能であり、
上述した電圧降下の補償に影響を与えることは少ない。
なお、変圧器の種類としては、各巻線の構成及びインピ
ーダンス特性に係る上述した条件を具備する限り、上記
各実施例に限られる訳ではない。

【００２７】また、上記各実施例ではＰＱＣとして超電
導コイル部１２を使用したインバータ方式のものを採用
した場合について説明したが、図４に示すように、フラ
イホイルを使用したインバータ方式のものでもよいし、
３相の各相を個別に制御可能な有効・無効電力補償装置
（ＰＱＣ）であれば、ＧＴＯサイリスタ（ＧａｔｅＴｕ
ｒｎＯｆｆサイリスタ）方式やトランジスタ方式な
どいずれの方式であってもよく、上記各実施例と同様の
効果を奏する。図４において、１３はＩＮＶ部、１４は
フライホイル電力貯蔵部であり、他の構成はＰＱＣ７と
同様である。

【００２８】さらに、この単相交流電気車のための交流
き電回路に適用する場合に限られず、変圧器により３相
交流を単相交流に変換する種々の電力回路の電源障害対
策に適用することができる。

【００２９】

【発明の効果】この発明は、以上説明したとおり、３相
交流電源に接続され３相の各相巻線からなる１次巻線、
単相交流負荷に接続され３相の各相巻線からなる２次巻
線、及び３相の各相巻線からなる３次巻線から構成さ
れ、前記各巻線間インピーダンスを３巻線分離したとき
の２次巻線側分離インピーダンスがほぼ零となるように
設定し、前記３相交流電源からの３相交流電力を単相交
流電力に変換して前記単相交流負荷に供給する変圧器
と、前記変圧器の３次巻線に接続され有効・無効電力を
補償する有効・無効電力補償装置とを備えたので、直列
コンデンサを採用することなく電源側インピーダンス及
びき電用変圧器のインピーダンス分による電圧降下の補
償、さらには電圧不平衡、逆相電流の補償を可能とする
と共に、契約受電電力を必要最小限にすることができる
という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１の構成を示す図である。

【図２】この発明の実施例１の変形ウッドブリッジ結線
変圧器をインピーダンスで示す等価回路図である。

【図３】この発明の実施例２のルブラン結線変圧器の各
次巻線の結線を示す図である。

【図４】この発明の各実施例の有効・無効電力補償装置
の他の例を示す図である。

【図５】従来の電源障害対策装置の構成を示す図であ
る。

【図６】他の従来の電源障害対策装置の構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１３相交流電源２電源側インピーダンス３Ａ変形ウッドブリッジ結線変圧器３Ｂルブラン結線変圧器６列車負荷７、７ＡＰＱＣ（有効・無効電力補償装置）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３相交流電源に接続され３相の各相巻線
からなる１次巻線、単相交流負荷に接続され３相の各相
巻線からなる２次巻線、及び３相の各相巻線からなる３
次巻線から構成され、前記各巻線間インピーダンスを３
巻線分離したときの２次巻線側分離インピーダンスがほ
ぼ零となるように設定し、前記３相交流電源からの３相
交流電力を単相交流電力に変換して前記単相交流負荷に
供給する変圧器、並びに前記変圧器の３次巻線に接続さ
れ有効・無効電力を補償する有効・無効電力補償装置を
備えたことを特徴とする電源障害対策装置。