特許 5986857 電圧調整装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5986857

(24)【登録日】2016年8月12日

(45)【発行日】2016年9月6日

(54)【発明の名称】電圧調整装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/26 20060101AFI20160823BHJP

   H02J 3/12 20060101ALI20160823BHJP

   G05F 1/14 20060101ALI20160823BHJP

【ＦＩ】

   H02J3/26

   H02J3/12

   G05F1/14

【請求項の数】4

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-202161(P2012-202161)

(22)【出願日】2012年9月14日

(65)【公開番号】特開2014-57482(P2014-57482A)

(43)【公開日】2014年3月27日

【審査請求日】2015年7月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】514105011

【氏名又は名称】株式会社東光高岳

(72)【発明者】

【氏名】増尾 雄二

【審査官】 桑江 晃

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−８８９２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公平１−５０１７６（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ３／００ − ５／００

Ｇ０５Ｆ １／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

三相の電力系統に接続されたＹ結線の電圧調整用変圧器において、
これを構成する三相の励磁用変圧器のうち二相の励磁用変圧器にはそれぞれ複数のタップを有する二次巻線を有し、それらの二次巻線のタップをそれぞれ独立して切り換える第一および第二の負荷時タップ切換器を備え、
二次巻線を有さない相に直列変圧器を電力系統中に直列に設け、前記直列変圧器の二次巻線に前記二相の第一および第二の負荷時タップ切換器を介して励磁用変圧器の二次巻線を直列に接続し、
線間電圧がある一定以上の電圧不平衡の状況に応じ、前記二相の第一および第二の負荷時タップ切換器をそれぞれ切り換え操作することにより、励磁用変圧器の二次巻線を有さない相に対して直列変圧器を介して電圧補償を行い、線間電圧の不平衡の是正を行うことを特徴とする電圧調整装置。

【請求項2】

三相の電力系統に接続されたＹ結線の電圧調整用変圧器において、
これを構成する三相の励磁用変圧器のうち二相の励磁用変圧器にはそれぞれ複数のタップを有する二次巻線を有し、それらの二次巻線のタップをそれぞれ独立して切り換える第一および第二の負荷時タップ切換器を備え、
二次巻線を有さない相と他の一相との電力系統中にそれぞれ直列変圧器を直列に設け、前記直列変圧器の二次巻線にそれぞれ別の相の第一および第二の負荷時タップ切換器を介して二相の励磁用変圧器の二次巻線を直列に接続し、
線間電圧がある一定以上の電圧不平衡の状況に応じ、前記二相の第一および第二の負荷時タップ切換器をそれぞれ切り換え操作することにより、励磁用変圧器の第一または第二の二次巻線を直列に接続した相に対して電圧補償を行い、線間電圧の不平衡の是正を行うことを特徴とする電圧調整装置。

【請求項3】

三相の電力系統に接続されたＹ結線の電圧調整用変圧器において、
これを構成する三相の励磁用変圧器のうちの二相の励磁用変圧器にはそれぞれ複数のタップを有する二次巻線を有し、それらの二次巻線のタップをそれぞれ独立して切り換える第一および第二の負荷時タップ切換器を備え、
前記三相の励磁用変圧器にはそれぞれ複数のタップを有する三次巻線を有し、それらの三次巻線のタップを三相一括で切り換える第三の負荷時タップ切換器を備え、
電力系統中の各相に直列にそれぞれ接続される３台の直列変圧器を備え、
前記三次巻線のタップ切換を行う第三の負荷時タップ切換器は前記三相の直列変圧器の二次巻線にそれぞれ接続し、三相一括でタップ切換操作して相電圧の昇圧または降圧のタップ切換を行うとともに、
前記二相の励磁用変圧器の二次巻線のタップを切り換える第一および第二の負荷時タップ切換器は前記三次巻線を接続した第三の負荷時タップ切換器の一相または二相を介して直列変圧器の二次巻線と直列に接続し、
線間電圧がある一定以上の電圧不平衡の状況に応じ、前記二相の第一および第二の負荷時タップ切換器をそれぞれ切り換え操作することにより、励磁用変圧器の二次巻線を直列に接続した相に対して電圧補償を行い、線間電圧の不平衡の是正を行うことを特徴とする電圧調整装置。

【請求項4】

前記の電圧調整装置において、負荷時タップ切換器の全部または一部を半導体スイッチで構成したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電圧調整装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高圧配電線の電圧調整装置に関するもので、三相の電力系統である配電線の線間電圧に不平衡が発生した場合にその線間電圧の不平衡を是正する電圧調整装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電気事業者の供給する電気の電圧は電気事業法施行規則第４４条に標準電圧１００Ｖでは１０１±６Ｖと、標準電圧２００Ｖでは２０２±２０Ｖと定められている。
高圧配電線から柱上変圧器等を介して接続される低圧負荷は電灯用と動力用に大別され、各家庭へは電灯用として単相３線式で標準電圧１００Ｖが供給される。家庭用負荷は各家庭の需要に合わせ絶えず変化しており、それに伴い高圧配電線の電圧も絶えず変動している。三相の高圧配電線から単相負荷への供給が偏ったりすると、配電線間の電圧は不平衡になる。

【0003】

また、近年、家庭用太陽光発電システムの大量導入により、売電による配電線への逆潮流を行う場合が増してきている。家庭用太陽光発電システムは単相のため、売電のために接続されている単相の柱上変圧器の接続相の偏りにより、三相高圧配電線の電圧不平衡が発生する。さらに、電圧が規則に定められた電圧より上昇すると、太陽光発電システムの連系装置の機能が停止し、逆潮流ができなくなり、売電の機会損失を伴う。

【0004】

高圧配電線への送り出しの変電所では三相の電圧変動に対しては、負荷時タップ切換変圧器（ＬＲＴ）で電圧調整を行い、高圧配電線全体の電圧適正化を行っている。また、高圧配電線のこう長が長い配電線路では、高圧配電線路の途中にステップ式自動電圧調整器（ＳＶＲ）を施設し、電圧適正化を行っている。ＬＲＴやＳＶＲは、三相一括でタップ切換を行うことにより、電圧の適正化を図っている。ＳＶＲは、特許文献１に示すＹ結線の三相変圧器のタップ巻線を三相一括の負荷時タップ切換器の操作により、昇圧したり、降圧したりして三相の高圧配電線の電圧の適正化を図っている。しかし、これらの装置は高圧配電線の電圧不平衡に対しての是正機能を有していない。

【0005】

そのため、三相の高圧配電線の２線より単相の柱上変圧器を介して供給される単相負荷においては、高圧配電線に電圧不平衡が生じている場合には、供給電圧が規則に定められた電圧を逸脱する場合がある。これにより、機器の効率が悪くなったり、最悪電気器具類の故障や動作不良・寿命低下を招いたりすることがある。

【0006】

三相不平衡電圧を是正する電圧調整装置として、特許文献２に示すよう二相間に接続した二次巻線にタップ巻線を有する第一の調整変圧器と、残りの一相と第一の調整変圧器の一次巻線の中間電圧のタップとを接続したタップ巻線を有する単巻構成の第二の調整変圧器により構成される装置がある。第二の調整変圧器のタップ切換を行うことによりＵＯ間の電圧を調整し、第一の調整変圧器の二次巻線のタップ切換を行うことにより、Ｕ相の配電線路中に直列に設けた直列変圧器を介して、Ｕ相電圧にＶＷ間方向の電圧を重畳することにより三相不平衡電圧を是正する自動電圧不平衡是正装置がある。

【0007】

また、三相不平衡電圧を是正する別の電圧調整装置として、特許文献３に示す二次巻線にタップ巻線を有する△結線の３台の単相変圧器と各相線路中にそれぞれ直列に設けた３台の直列変圧器とを備え、三相の電圧を検出して三相ベクトルを生成し、この三相ベクトルを基準ベクトルと比較してタップ切換器のタップ値を求めて、それぞれ独立したタップ切換器を動作させることにより三相不平衡電圧を低減する電圧不平衡低減装置がある。

【0008】

さらに、非特許文献１に述べられているように、進相コンデンサ，静止型無効電力補償装置（ＳＶＣやＳＴＡＴＣＯＭ）等の調相装置を用いた三相不平衡電圧を是正する装置等も提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００６−２６２５５６

【特許文献2】特開平１０−１１７４３９

【特許文献3】特開２００４−８８９２９

【非特許文献】

【0010】

【非特許文献1】電気学会論文誌Ｂ Vol.１３２ No.3 「配電線損失に着目した進相コンデンサによる配電系統の電力品質改善手法」

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

高圧配電線は、接続された需要家の負荷変動や系統連系された太陽光発電システムをはじめとする分散型電源の出力により電圧は絶えず変動している、一方、線路電流による配電線の電圧降下もある。そのため、需要家に規則どおりの電圧を供給するためにさまざまな手段が図られている。特に、単相の需要家へ適切な電圧を供給するには、しっかりした電圧管理が望まれている。

【0012】

高圧配電線路の三相電圧の上昇や降下に対し、一般的にＬＲＴやＳＶＲが用いられている。また、三相不平衡電圧の是正手段として、上述した各種手段が提案されている。しかし、不平衡電圧是正装置とＳＶＲとは別々の装置として構成されており、電力供給設備としては施設場所や設備投資の増大を招く。また、無効電力の調整による電圧調整では、大きな電圧変動に対して電圧調整に限界があったり、装置が大型で高価であったりする。なお、特許文献２に挙げた方式は、電圧調整装置の巻線がスコット結線のため、配電系統に零相電圧が発生して、地絡継電器の零相電圧検出値の閾値を超え、継電器が動作することも懸念される。

【0013】

そこで、本発明は三相電圧の不平衡電圧の調整を行うとともに、三相すべての相の電圧が上昇や降下した場合でも適正電圧への電圧調整も行えるＹ結線により構成した電圧調整装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明は、三相の電力系統に接続されたＹ結線の励磁用変圧器の二相に複数のタップを有する二次巻線およびそれらの切換を行う負荷時タップ切換器を備え、電圧不平衡状態において、間接切換方式により他相の二次巻線より電圧を補償して、線間電圧を是正し、平衡状態に近づけるものである。また、Ｙ結線の励磁用変圧器には、二次巻線に加え三相ともに複数のタップを有する三次巻線およびそれらを三相一括で切換を行う負荷時タップ切換器を備え、三相すべての電圧が上昇したり、下降したりした場合には、三相一括で降圧させたり、昇圧させたりする機能も有するものである。

【0015】

Ｙ結線された励磁用変圧器の二相に二次巻線に複数のタップを有するタップ巻線およびそれらをそれぞれ独立して切り換える第一および第二の負荷時タップ切換器を備え、三相のうちの残りの一相に設けた高圧配電線路中に接続した直列変圧器の二次巻線に前記二相の二次巻線を第一および第二の負荷時タップ切換器を介して直列に接続して、他相より電圧を補償して電圧調整を行う。

【0016】

また、Ｙ結線された励磁用変圧器の二相に二次巻線に複数のタップを有するタップ巻線およびそれらをそれぞれ独立して切り換える第一および第二の負荷時タップ切換器を備え、三相のうちの二相に設けた直列変圧器の二次巻線に前記の二相と異なる相の二次巻線を第一または第二の負荷時タップ切換器を介してそれぞれに直列に接続して、他相より電圧を補償して電圧調整を行う。

【0017】

さらに、配電線路中の各相にそれぞれ３台の直列変圧器を備え、Ｙ結線された二相の励磁用変圧器にはそれぞれ複数のタップを有する二次巻線を設け、それらのタップをそれぞれ独立して切り換える第一および第二の負荷時タップ切換器を備え、Ｙ結線された三相の励磁用変圧器にはそれぞれ複数のタップを有する三次巻線を有し、それらの三次巻線のタップを三相一括で切り換える第三の負荷時タップ切換器を備える。三次巻線のタップ切換を行う第三の負荷時タップ切換器は各相の直列変圧器の二次巻線にそれぞれ接続し、三相一括でタップ切換操作して相電圧の昇圧または降圧のタップ切換を行うとともに、二相の励磁用変圧器の二次巻線のタップを切り換える第一および第二の負荷時タップ切換器は前記三次巻線を接続した第三の負荷時タップ切換器の一相もしくは二相を介して直列変圧器の二次巻線と直列に接続する。励磁用変圧器の二次巻線と直列変圧器の二次巻線の直列の接続方法は、前述のいずれかによる。
なお、負荷時タップ切換器の全部または一部を半導体スイッチで構成してもよい。

【発明の効果】

【0018】

電圧不平衡は、三相の電力系統において単相負荷需要の偏りや単相の分散型電源の系統連系による逆潮流等により生じている。本発明は他相からの電圧補償により三相の配電線路の線間電圧の不平衡を是正する。これにより、単相の需要家への供給電圧が逸脱することを回避できる。また、他相からの電圧補償により配電線路の電流のアンバランスの解消にも寄与する。その結果、配電線路の稼働率の向上につながる効果がある。
また、こう長の長い配電線路の昇圧や降圧による電圧補償に使用されている一般的なＹ結線のステップ式自動電圧調整器（ＳＶＲ）の二相に別の複数のタップ巻線およびそれらを切り換える負荷時タップ切換器を付帯することにより、容易に不平衡電圧の是正を行える。そのため、ＳＶＲと不平衡電圧是正装置を別々に施設する必要がないため、施設場所の制約や工事費の削減にもなる。
さらに、不平衡電圧の是正や配電線路の昇圧や降圧のタップ切換を高圧配電線路に直列に接続した直列変圧器を介して行うため、タップ切換回路は高圧配電線と絶縁され高圧配電線のサージの影響を受けにくい。また、タップ切換の電圧または電流を任意に選定することができる。そのため、機械的なタップ切換器に代え、半導体スイッチを用いた無接点のタップ切換器でも実現することができ、電圧の急変に対応する高速切換や多頻度切換の要望にも対応できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施形態の一例である二相の二次巻線を残りの一相に設けた直列変圧器に接続した結線図

【図2】図１に示す結線図の不平衡電圧是正の電圧のベクトル図

【図3】本発明の実施形態の一例である二相の二次巻線を別の相にそれぞれ設けた直列変圧器に接続した結線図

【図4】図３に示す結線図の不平衡電圧是正の電圧のベクトル図

【図5】本発明の実施形態の一例である三相一括操作の電圧調整機能を有する結線図

【図6】図５に示す結線図の不平衡電圧是正を含む電圧調整の電圧のベクトル図

【図7】本発明を適用する三相の電力系統の一例である直接接地系統の説明図

【図8】本発明を適用する三相の電力系統の一例である非接地系統の説明図

【図9】図７の説明の回路図

【図10】図８の説明の回路図

【図11】本発明の電圧調整装置の全体の構成図

【図12】本発明の電圧調整装置の電圧調整フロー

【図13】本発明の電圧調整装置に電流検出要素を加えた全体の構成図

【図14】従来のＹ結線のステップ式自動電圧調整装置の結線図

【図15】従来の特許文献２のスコット結線の電圧調整装置の結線図と電圧のベクトル図

【図16】従来の特許文献３の△結線の電圧調整装置の結線図と電圧のベクトル図

【発明を実施するための形態】

【0020】

図１および図２は、本発明の一例を示す結線図および電圧のベクトル図を示す。図１において、Ｔuo、Ｔvo、Ｔwoは電圧調整装置１を構成する配電線のＵ相，Ｖ相，Ｗ相にそれぞれ接続されたＹ結線された励磁用変圧器である。Ｖ相およびＷ相の巻線にはそれぞれ複数（本実施形態では５個）のタップＴｖ１，・・，Ｔｖ５およびＴｗ１，・・，Ｔｗ５を持つ二次巻線Ｔsv，Ｔswを有し、それぞれのタップを独立して切り換える第一の負荷時タップ切換器１１および第二の負荷時タップ切換器１２を備えている。
Ｕ相の線路中には直列変圧器の一次巻線Ｔusが直列に接続され、電圧調整装置１の出力端子のＵ′に接続されている。直列変圧器の二次巻線Ｔussは、Ｖ相の二次巻線Ｔsvの中央タップＴｖ３に接続され、二次巻線Ｔsvに設けたタップを切り換える第一の負荷時タップ切換器１１を介してＷ相の二次巻線Ｔswの中央タップＴｗ３に接続され、二次巻線Ｔswに設けたタップを切り換える第二の負荷時タップ切換器１２が接続されている。

【0021】

図１の構成により、図２の実線で示した三相が不平衡の電圧Ｕ−Ｖ−ＷのＵ相に対して、第二の負荷時タップ切換器１２がＴｗ５のタップ選択によりＵ相にＷ相の電圧成分△Ｗ２の電圧を、さらに第一の負荷時タップ切換器１１がＴｖ４のタップ選択によりＶ相の電圧成分△Ｖ１を加える。これにより、Ｕ相の電圧はＵからＵ′に電圧調整され、破線で示したほぼ平衡になった三相電圧Ｕ′−Ｖ′−Ｗ′となり、不平衡電圧を是正することができる。

【0022】

図３および図４は、本発明の別の一例を示す結線図および電圧のベクトル図を示す。図３において、Ｔuo、Ｔvo、Ｔwoは電圧調整装置１を構成する配電線のＵ相，Ｖ相，Ｗ相にそれぞれ接続されたＹ結線された励磁用変圧器である。Ｖ相およびＷ相の巻線にはそれぞれ複数（本実施形態では５個）のタップＴｖ１，・・，Ｔｖ５およびＴｗ１，・・，Ｔｗ５を持つ二次巻線Ｔsv，Ｔswを有し、それぞれのタップを独立して切り換える第一の負荷時タップ切換器１１および第二の負荷時タップ切換器１２を備えている。
Ｕ相の線路中には直列変圧器の一次巻線Ｔusが直列に、Ｖ相の線路中には直列変圧器の一次巻線Ｔvsが直列に、電圧調整装置１のそれぞれの出力端子Ｕ′およびＶ′に接続されている。
Ｕ相に設けた直列変圧器の二次巻線Ｔussは、Ｖ相の二次巻線Ｔsvの中央タップＴｖ３に接続され、二次巻線Ｔsvに設けたタップを切り換える第一の負荷時タップ切換器１１に接続されている。
Ｖ相に設けた直列変圧器の二次巻線Ｔvssは、Ｗ相の二次巻線Ｔswの中央タップＴｗ３に接続され、二次巻線Ｔswに設けたタップを切り換える第二の負荷時タップ切換器１２に接続されている。

【0023】

図３の構成により、図４の実線で示した三相が不平衡の電圧Ｕ−Ｖ−ＷのＵおよびＶ相に対して、第一の負荷時タップ切換器１１がＴｖ２のタップ選択によりＵ相にＶ相の電圧成分△Ｖ１の電圧を、第二の負荷時タップ切換器１２がＴｗ２のタップ選択によりＶ相にＷ相の電圧成分△Ｗ１を加える。これにより、Ｕ相の電圧はＵからＵ′に、Ｖ相の電圧はＶからＶ′に電圧調整され、破線で示したほぼ平衡になった三相電圧Ｕ′−Ｖ′−Ｗ′となり、不平衡電圧を是正することができる。

【0024】

図５および図６は、本発明の三相電圧を一括で昇圧したり、降圧したりすることのできる電圧調整装置の一例の結線図および電圧のベクトル図を示す。図５において、Ｔuo、Ｔvo、Ｔwoは電圧調整装置１を構成する配電線のＵ相，Ｖ相，Ｗ相にそれぞれ接続されたＹ結線された励磁用変圧器である。励磁用変圧器の各相には、複数のタップを有する三次巻線Ｔtu、Ｔtv、Ｔtwを有し、各相のタップを三相一括で切り換える第三の負荷時タップ切換器１３を備えている。各相の三次巻線Ｔtu、Ｔtv、Ｔtwの複数（本実施形態では５個）のタップは、Ｔtu１，・・・，Ｔtu５、Ｔtv１，・・・，Ｔtv５およびＴtw１，・・・，Ｔtw５である。
また、Ｖ相およびＷ相の励磁用変圧器のそれぞれの二次巻線Ｔsv、Ｔswには、複数（本実施形態では５個）のタップＴsv１，・・・，Ｔsv５およびＴsw１，・・・，Ｔsw５を有し、それぞれのタップを独立して切り換える第一の負荷時タップ切換器１１および第二の負荷時タップ切換器１２を備えている。
Ｕ，Ｖ，Ｗの各相の線路中には、直列変圧器の一次巻線Ｔus，Ｔvs，Ｔwsが直列に接続され電圧調整装置１のそれぞれの出力端子のＵ′，Ｖ′，Ｗ′に接続されている。
Ｕ相に設けた直列変圧器の二次巻線Ｔussは、Ｕ相の三次巻線Ｔtuの中間タップＴtu３に接続され、第三の負荷時タップ切換器１３を介して、Ｖ相の二次巻線Ｔsvの中間タップＴsv３に接続され、第一の負荷時タップ切換器１１を介して、Ｗ相の二次巻線Ｔswの中間タップＴsw３に接続され、第二の負荷時タップ切換器１２に接続されている。
Ｖ相およびＷ相にそれぞれ設けた直列変圧器の二次巻線ＴvssおよびＴwssは、それぞれ励磁用変圧器の三次巻線ＴtvおよびＴtwの中間タップＴtv３およびＴtw３と、第三の負荷時タップ切換器１３とに接続されている。

【0025】

配電線路こう長が長いため三相すべての電圧が大きく降下している場合や配電線に連系された分散型電源からの逆潮流やフェランチ現象により三相すべての電圧が大きく上昇している場合には、三相一括で第三の負荷時タップ切換器１３でタップを切り換え、三相すべての電圧を一括で昇圧したり、降圧したりして、適正電圧に近づけることができる。図５においては、第三の負荷時タップ切換器１３は、励磁用変圧器の三次巻線Ｔtu，Ｔtv，ＴtwのＴtu２，Ｔtv２，Ｔtw２のタップ選択により、図６の実線で示した三相電圧Ｕ−Ｖ−ＷはＵ′−Ｖ′−Ｗ′になり、三相とも昇圧される。

【0026】

さらに、三相電圧に不平衡が発生している状態においては、Ｕ相に第二の負荷時タップ切換器１２がＴsw５のタップ選択によりＷ相の電圧成分△Ｗ２を、さらに、第一の負荷時タップ切換器１１がＴsv４のタップ選択によりＶ相の電圧成分△Ｖ１の電圧を加える。これにより、Ｕ相の電圧はＵ′からＵ″に電圧調整される。
これにより、図６に実線で示した三相電圧Ｕ−Ｖ−Ｗは三相とも昇圧されＵ′−Ｖ′−Ｗ′となり、Ｖ相成分の電圧△Ｖ１およびＷ相成分の電圧△Ｗ２が加えられ、破線で示した三相電圧Ｕ″−Ｖ′−Ｗ′となり、不平衡電圧を是正することができる。
なお、図５および図６において、不平衡電圧の是正手段を図１の結線方式で説明したが、図３の結線方式で構成しても良い。

【0027】

以上、三相電圧に不平衡が生じている場合の調整用変圧器および直列変圧器の構成について説明した。電圧を是正する方法を説明する回路図を図７から図１０に示す。

【0028】

図７は、電源側の中性点Ｏと負荷Ｚａ，Ｚｂ，Ｚｃの中性点Ｏ′が直接接地線で接続されている電力系統である。配電線路の系統電圧として、４００Ｖ配電や１１．４ｋＶ配電に一般的に採用されている直接接地の三相４線式の配電方式である。

【0029】

図８は電源側の中性点Ｏと負荷Ｚａ，Ｚｂ，Ｚｃの中性点Ｏ′が接続されていない電力系統である。配電線路の系統電圧として、６ｋＶ配電に一般的に採用されている非接地の三相３線式の配電方式である。

【0030】

三相のそれぞれの電源の相電圧をＥａ↑，Ｅｂ↑，Ｅｃ↑で、負荷をＺａ↑，Ｚｂ↑，Ｚｃ↑で、相電流をＩａ↑，Ｉｂ↑，Ｉｃ↑で、線間電圧をＥab↑，Ｅbc↑，Ｅca↑で、本発明の電圧調整装置で他相に重畳させるＢ相の電圧をＥbx↑，Ｃ相の電圧をＥcx↑で、中性点間の電圧差をＥｏ↑で示す。また、電圧調整後の相電圧をＥａ′↑，Ｅｂ′↑，Ｅｃ′↑で、線間電圧をＥab′↑，Ｅbc′↑，Ｅca′↑で示す。なお、矢印↑はベクトルを示す。また、調整用変圧器および直列変圧器の構成は図１の結線方式で説明する。

【0031】

図７において、中性点ＯおよびＯ′が接続されているため、電圧調整装置が接続されていない状態では、それぞれの相電流Ｉａ↑，Ｉｂ↑，Ｉｃ↑は図９（ａ）に示す単相回路を考えればよく、各相の相電流は、（式１ａ）〜（式１ｃ）で表される。
Ｉａ↑＝Ｅａ↑／Ｚａ↑ ・・・（式１ａ）
Ｉｂ↑＝Ｅｂ↑／Ｚｂ↑ ・・・（式１ｂ）
Ｉｃ↑＝Ｅｃ↑／Ｚｃ↑ ・・・（式１ｃ）

【0032】

本発明の電圧調整装置でＡ相電圧（Ｅａ↑）にＢ相およびＣ相の電圧成分（Ｅbx↑，Ｅcx↑）を重畳させると、図９（ｂ）〜（ｄ）に示す回路となり、各相の相電圧は（式２ａ）〜（式２ｃ）で表される。
Ｅａ′↑＝Ｅａ↑＋Ｅbx↑＋Ｅcx↑ ・・・（式２ａ）
Ｅｂ′↑＝Ｅｂ↑ ・・・（式２ｂ）
Ｅｃ′↑＝Ｅｃ↑ ・・・（式２ｃ）
つまり、Ａ相はＢ相およびＣ相の電圧成分が重畳された電圧になり、Ｂ相およびＣ相の電圧はそのままである。このことにより、Ｚａ↑が小さく負荷側の電圧が不平衡の場合には、送り出し電圧をＥａ↑からＥａ′↑に昇圧させ、線間電圧Ｅab′↑，Ｅbc′↑，Ｅca′↑の電圧差が小さくなるように電圧を調整することにより、不平衡電圧を是正することができる。

【0033】

図８において、中性点ＯおよびＯ′は接続されていないため、それぞれの中性点間には電圧差Ｅｏ↑が発生しているとし、本発明の電圧調整装置でＡ相電圧（Ｅａ↑）にＢ相およびＣ相の電圧成分（Ｅbx↑，Ｅcx↑）を重畳させると、図１０（ｂ）〜（ｄ）に示す回路となり、各相の相電圧は（式３ａ）〜（式３ｃ）で、中性点間Ｏ−Ｏ′の電圧差Ｅｏ↑は（式３ｄ）で表される。
Ea′↑＝Ea↑＋Ebx↑＋Ecx↑−Eo↑ ・・・（式３ａ）
Eb′↑＝Eb↑−Eo↑ ・・・（式３ｂ）
Ec′↑＝Ec↑−Eo↑ ・・・（式３ｃ）
Eo↑＝(Ea↑/Za↑+Eb↑/Zb↑+Ec↑/Zc↑)／(１/Za↑+１/Zb↑+１/Zc↑）
・・・（式３ｄ）
つまり、Ａ相はＢ相およびＣ相の電圧成分が重畳された電圧になり、Ｂ相およびＣ相の電圧はそのままである。このことにより、Ｚａ↑が小さく負荷側の電圧が不平衡の場合には、送り出し電圧をＥａ↑からＥａ′↑に昇圧させ、線間電圧Ｅab′↑，Ｅbc′↑，Ｅca′↑の電圧差が小さくなるように電圧を調整することにより、不平衡電圧を是正することができる。また、他相の巻線より線路電流が大きく電圧降下が大きな相に対して電力を補償することにもなるため、相電流の不平衡の改善にもなる。

【0034】

以上のように、本発明によれば、電圧調整装置の三相の線間電圧により不平衡状態を判定し、他相の電圧成分を重畳することにより、負荷側の不平衡電圧を是正することができる。不平衡電圧および電流の是正により、配電線の稼働率を向上することができ、配電線の線路損失の低減にも寄与する結果となる。

【0035】

上記のような不平衡電圧調整における電圧の制御方法としては、先に挙げた特許文献３を含めていろいろな方法が提案されている。
図１１に本発明の電圧調整装置の全体構成の一例を説明する。ここでは電圧調整装置１は図１に基づく結線方式で説明する。三相電圧の線間電圧を検出するため、出力端子Ｕ′，Ｖ′，Ｗ′の各線間には線間電圧を検出する電圧検出要素２１を接続し、計測した線間電圧を電圧変換部で演算できるよう変換し、計測地点の電圧不平衡率ｋを電圧不平衡率演算部で演算する。演算した電圧不平衡率ｋと電圧不平衡率設定部で設定した電圧不平衡率の閾値とを電圧不平衡率比較判定部で比較判定し、電圧不平衡を是正すべき条件を満たせば、負荷時タップ切換器切換制御部より、第一および第二の負荷時タップ切換器１１，１２のタップ切換操作をそれぞれ行い、電圧不平衡を是正する。
なお、三相電圧は、線間電圧の検出に代え、相電圧とそれぞれの位相角を検出して判定しても良い。

【0036】

変成器やコンデンサ分圧等による電圧検出要素２１で電力系統の三相の線間電圧を計測し、それらの電圧値より電圧調整装置の電圧計測点での正相電圧Ｖ１、逆相電圧Ｖ２および電圧不平衡率ｋを（式４ａ）〜（式４ｄ）により電圧不平衡率演算部で演算する。演算した電圧不平衡率ｋと設定した閾値とを比較し、電圧不平衡率ｋが設定した閾値を一定時間継続して超過すれば、Ｖ相およびＷ相の電圧成分を重畳すべき第一および第二の負荷時タップ切換器１１，１２でＴｖ１〜Ｔｖ５，Ｔｗ１〜Ｔｗ５（本実施形態では５タップ）まで切り換えた場合の各線間電圧値Ｅab′，Ｅbc′，Ｅca′，正相電圧Ｅ１、逆相電圧Ｅ２および電圧不平衡率ｋを計算する。
図１２のフローでは、ＴvxおよびＴwy（ｘ＝１，２，・・，５およびｙ＝１，２，・・，５）として示す。これらより演算した電圧不平衡率ｋ（ｘ，ｙ）のうち、電圧不平衡率ｋが最小となるように第一および第二の負荷時タップ切換器切換制御部よりタップ切換指令を出力して、タップ切換動作を行い、電圧不平衡の是正を行う。
なお、電圧不平衡率ｋが閾値以内であったり、設定した一定時間継続しなかったりした場合には、タップ切換動作を行わない。また、電圧不平衡率ｋが最小値になるようにタップ切換動作を行っても、電圧不平衡率が非常に大きな場合は、電圧不平衡率の改善はできるが、設定した閾値内に電圧不平衡を是正できないこともある。

【0037】

【数1】

【0038】

電圧不平衡率の閾値の基準としては、電気設備基準の解釈第２６０条では電気鉄道の受電点では３％を限度としている。また、電気鉄道ハンドブックでは、交流電圧不平衡率が５％以下であれば、おおむね製作上の裕度の範囲内とされている。全米電気機器製造業者協会（ＮＥＭＡ）のＭＧ１式では、誘導電動機の正常運転時の最高許容温度に達する三相交流電圧不平衡率の平均値は２．８％以下とし、誘導電動機の長時間の寿命を維持するためには、１％以下が妥当としている。

【0039】

図５で説明した三相一括の電圧調整の制御方法として、定電圧制御，プログラム制御，線路電圧降下補償制御（ＬＤＣ）などがある。ＳＶＲの多くは、ＬＤＣ方式が一般的には採用されている。ＬＤＣ方式は従来からの公知の方式であり、その詳細な説明は省略する。しかし、本発明の電圧調整装置の電圧不平衡の是正においても、図１３に示すよう本電圧調整装置の電圧および電流の計測点で線間電圧および相電流を計測し、電圧不平衡状態を是正したい地点までの設定した配電線路の負荷側のインピーダンスに基づき不平衡状態を是正したい地点の電圧不平衡率を演算することにより、第一、第二および第三の負荷時タップ切換器１１，１２，１３のタップ切換により各相電圧を調整して設定した電圧や電圧不平衡率に近い電圧に是正することができる。

【0040】

以上、負荷時タップ切換器による三相の不平衡電圧の電圧調整装置を説明したが、一般的には負荷時タップ切換器としては、油中開閉器や真空スイッチを用いた電流切換器とタップ選択器とを組み合わせた機械的動作のタップ切換器が用いられる。しかし、本電圧調整装置では、直列変圧器を用いた間接式タップ切換のため、半導体スイッチで負荷時タップ切換器を構成したり、半導体スイッチで構成した電流切換器と機械的なタップ選択器とを組み合わせて構成した負荷時タップ切換器でも構成することができる。

【符号の説明】

【0041】

１ 電圧調整装置
Ｔuo，Ｔvo，Ｔwo 励磁用変圧器一次巻線
Ｔsu，Ｔsv，Ｔsw 励磁用変圧器二次巻線
Ｔtu，Ｔtv，Ｔtw 励磁用変圧器三次巻線
Ｔus，Ｔvs，Ｔws 直列変圧器一次巻線
Ｔuss，Ｔvss，Ｔwss 直列変圧器二次巻線
１１ 第一の負荷時タップ切換器
１２ 第二の負荷時タップ切換器
１３ 第三の負荷時タップ切換器
Ｔsv１，・・，Ｔsv５，Ｔsw１，・・Ｔsw５ 二次巻線のタップ
Ｔtu１，・・，Ｔtu５，Ｔtv１，・・Ｔtv５，Ｔtw１，・・，Ｔtw５ 三次巻線のタップ
Ｕ′，Ｖ′，Ｗ′ 電圧調整装置の出力端子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】