JP2018174600A - サイリスタ式自動電圧調整器 - Google Patents

Abstract

【課題】 電圧調整変圧器の低圧回路側巻線のタップ数をできるだけ少なくし、かつ、その組合せにより電圧調整のタップ電圧点数ができるだけ多くなり、しかも電圧調整のタップ間電圧が等しくなるようにして準リニア制御を実現したサイリスタ式の自動電圧調整器を提供する。【解決手段】 電圧調整変圧器の低圧回路側巻線のタップ巻数比を１：３：２という異電圧の比として、その組合せで電圧調整のタップ電圧を構成した。【選択図】 図２

Description

本発明は、配電線路に取り付けられるサイリスタ式の自動電圧調整器に関し、タップ点数を大幅に増やし、かつ、タップ間電圧を等しくすることにより、配電線の電圧をフィードバック制御することを可能とし、従来の定限時型や積分型の電圧調整継電器を用いずに配電線電圧を調整する技術に関する。

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。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おそれがある。

このような急激な電圧変動に対応できる機器として、下記非特許文献１に例示されるサイリスタ式の自動電圧調整器が注目されている。

「サイリスタ式自動電圧調整器 カタログ」，愛知電機株式会社，２０１６年１１月作成，［平成２９年２月２３日検索］，インターネット〈http://www.aichidenki.jp/products/catalog_pdf/tvr.pdf〉

上記サイリスタ式の自動電圧調整器は、配電線の線路に直列に挿入した直列変圧器、配電線の線間に挿入した電圧調整変圧器、タップ切換用サイリスタＴｈ１〜Ｔｈ６とブリッジ用サイリスタＴｈｂからなるサイリスタ式タップ切換器、ブリッジ用サイリスタＴｈｂに接続される限流抵抗Ｒ等を備えて構成されており、急激な電圧変動に対して、タップ切換用サイリスタを高速かつ多頻度で切換えることにより、配電系統の電圧を適正な範囲内に収めるよう制御することができる。

なお、上記の構成は1つの線間あたりの構成である。電圧調整変圧器と直列変圧器の結線方式はＶ−星型方式であるが、これ以外にＶ−Ｖ方式や星―星方式がある。しかし本発明は、結線方式や三相不平衡抑制機能などというようなサイリスタ式自動電圧調整器の機能によらず適用可能な技術である。

上記構成のサイリスタ式自動電圧調整器では、サイリスタ式タップ切換器を構成する６つのタップ切換用サイリスタＴｈ１〜Ｔｈ６と、１つのブリッジ用サイリスタＴｈｂの合計７つで構成されている。この場合、図３（ａ）（ｂ）に示すように、電圧調整のタップ点数は最大7点しかできなかった。

このため、電圧調整範囲が±300Vのときは電圧調整のタップ間電圧が100Vとなり、電圧調整範囲に対してステップ電圧が粗く、きめ細かな電圧調整ができなかった。

そこで本発明は、タップ点数を大幅に増やすとともに、電圧調整範囲に対してステップ電圧を小さくして、調整電圧がきめ細かく線形に増減するようにサイリスタを切換制御することにより、サイリスタ式自動電圧調整器をほぼリニアな電圧アンプと見なして配電線電圧をフィードバック制御する、準リニアな電圧制御を実現することのできる自動電圧調整器を提供するものである。

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、電圧調整変圧器の低圧回路側と、線路に対し直列に挿入した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、配電線の電圧を予め設定してある基準電圧に調整するようサイリスタを切換えて前記電圧調整変圧器のタップを切換えるサイリスタ式自動電圧調整器において、前記電圧調整変圧器の低圧回路側巻線のタップ巻数比を異電圧の比として、その組合せで電圧調整のタップ電圧を構成した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、巻数比を１：３：２の異電圧比としたことに特徴を有する。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２の何れかの発明において、電圧調整のタップ間電圧が等しくなるようにして調整電圧が線形に増減するようにサイリスタを切換制御するリニア制御の電圧調整継電器を用いて電圧制御を行うことに特徴を有する。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の発明において、制御装置は検出した配電線電圧の時間平均値をフィードバック制御して配電線の電圧を適正に調節することに特徴を有する。

請求項５記載の発明は、請求項３又は請求項４の何れかに記載の発明において、制御装置は準リニア制御の電圧調整継電器に不感帯を設けて電圧制御を行うことに特徴を有する。

請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５の何れかに記載の発明において、直列変圧器はＶ結線、Δ結線、星形結線の何れかであることに特徴を有する。

請求項１記載の発明によれば、電圧調整変圧器の低圧回路側巻線のタップ間巻数比を異電圧の比として、その組合せで電圧調整のタップ電圧を構成することにより、少ないサイリスタで多くのタップ点数を引き出すことが可能となる。

請求項２記載の発明によれば、前記の巻数比を１：３：２の異電圧比とすることで、等しいタップ間電圧の準二リア制御を可能とした。

請求項３記載の発明によれば、制御装置において、電圧調整のタップ間電圧が等しくなるようにして、調整電圧がきめ細かく線形に増減するようにサイリスタを切換制御する準リニア制御の電圧調整継電器を用いることで、サイリスタ式自動電圧調整器をほぼリニアな電圧アンプと見なすことを可能とした。

請求項４記載の発明によれば、従来の定限時型や積分型の電圧調整継電器を用いずに、制御装置によって検出した配電線電圧の時間平均値をフィードバック制御することにより、配電線の電圧を最短時間で適正に調整することができる。

請求項５記載の発明によれば、準リニア制御の電圧調整継電器に不感帯を設けることにより、サイリスタの切換頻度を適切に制御することが可能となる。

請求項６記載の発明によれば、自動電圧調整器の結線方式によらず適用可能となる。

本発明のサイリスタ式自動電圧調整器1つの線間あたりの回路図である。 （ａ）は本発明のサイリスタ式自動電圧調整器を構成するサイリスタと電圧調整変圧器との接続状態を示す回路図であり、（ｂ）は前記サイリスタのオン状態と調整電圧（電圧調整のタップ電圧）の関係を示す表である。 （ａ）は従来のサイリスタ式自動電圧調整器を構成するサイリスタと電圧調整変圧器との接続状態を示す回路図であり、（ｂ）は前記サイリスタのオン状態と調整電圧（電圧調整のタップ電圧）の関係を示す表である。

以下、本発明の実施の形態を図１及び図２により説明する。図１は配電系統の配電線間(１つあたり)に設置した本発明に係るサイリスタ式自動電圧調整器Ａの構成を示す回路図である。図１に示す自動電圧調整器Ａは、配電線路１に直列接続される直列変圧器２（高圧回路側巻線２ａと低圧回路側巻線２ｂ）と、直列変圧器２の低圧回路側巻線２ｂに直列接続される電圧調整変圧器３（高圧回路側巻線３ａと低圧回路側巻線３ｂ）と、直列変圧器２の低圧回路側巻線２ｂと電圧調整変圧器３の低圧回路側巻線３ｂ間に接続されるサイリスタ式タップ切換器４と、電圧調整変圧器３に対して並列接続される短絡防止回路５によって概略構成されている。

前記サイリスタ式タップ切換器４は、８つのサイリスタＴｈ１〜Ｔｈ８をブリッジ接続して構成されており、短絡防止回路５はブリッジ用サイリスタＴｈｂと限流抵抗Rを直列接続して構成されている。

サイリスタ式タップ切換器４と電圧調整変圧器３の間には、サイリスタＴｈ１〜Ｔｈ８を過電流から保護する保護用ヒューズＦ１〜Ｆ３が接続されている。短絡防止回路５と並列に、装置異常時に投入される開閉器（電磁接触器等、電流容量の大きいスイッチ）６が接続されている。

以上のように構成した自動電圧調整器Ａは、負荷変動等によって配電線路の電圧が変動すると、図示しない制御装置から出力される指令信号によって、配電線路１の電圧と予め設定される基準電圧の差を小さくするようにサイリスタ式タップ切換器４のタップ選択が行わる。それに応じてサイリスタＴｈ１〜Ｔｈ８によるタップ切換えが実行されて、配電系統の電圧範囲が適正電圧範囲内に収まるよう制御される。

サイリスタＴｈ１〜Ｔｈ８を切換える場合、ブリッジ用サイリスタＴｈｂをオンし、サイリスタＴｈ１〜Ｔｈ８をオフする。すると、サイリスタＴｈ１〜Ｔｈ８の何れかに流れている電流が限流抵抗Ｒに転流し、サイリスタＴｈ１〜Ｔｈ８がオフする。その後、切換えるサイリスタをオンし、ブリッジ用サイリスタＴｈｂをオフする。このようにタップ切換の都度、限流抵抗Ｒに電流が流れるため、限流抵抗Ｒに熱が発生し温度上昇する。

図２（ａ）に各サイリスタＴｈ１〜Ｔｈ８と電圧調整変圧器３の接続状態を示している。電圧調整範囲を±３００［Ｖ］とした場合を例示しており、タップ電圧は５０［Ｖ］、１５０［Ｖ］１００［Ｖ］といった異電圧の電圧構成比を採用する。

同図（ｂ）に図２（ａ）に示す８つのサイリスタＴｈ１〜Ｔｈ８のオン状態と調整電圧の関係を示す。図２（ｂ）に示すように、本発明の自動電圧調整器Ａは、サイリスタ式タップ切換器４を８つのサイリスタＴｈ１〜Ｔｈ８で構成し、電圧調整変圧器３のタップ巻線間の電圧を５０［Ｖ］、１５０［Ｖ］、１００［Ｖ］とすることにより、電圧調整のタップ間電圧が５０［Ｖ］の等しいステップ電圧で１３点のタップの引出しが可能となる。

つまり、図３に示す従来の自動電圧調整器では６つのサイリスタを使用して７点のタップ引出しをしていたものを、８つのサイリスタによって１３点のタップ引出しを実現している。

これにより、自動電圧調整器Ａの電圧調整のタップ間電圧は、従来の自動電圧調整器の１／２となるので、よりきめ細かな電圧調整が可能となり、リニア制御により近い所謂、準リニア制御を実現することができる。

また、本発明の自動電圧調整器Ａの電圧調整のタップ間電圧を従来の自動電圧調整器と同様に１００［Ｖ］とすれば、サイリスタを２つ増加するだけで従来の電圧調整範囲の２倍となる±６００［Ｖ］の電圧調整が可能となる。

なお、本発明の自動電圧調整器Ａを構成する図示しない制御装置には配電線電圧をフィードバック制御する補償器（比例調節器などの積分器を有しない補償器）を組込んだ電圧調整継電器が使用される。この電圧調整継電器を使用することにより電圧調整範囲の上下限までダイレクトに電圧調整でき、かつ、きめ細かな電圧調整が可能となるので、最短時間での電圧制御が可能となる。

また、前記制御装置は、検出した配電線路１の電圧を時間平均することにより、配電線の電圧管理基準により近い電圧値を制御することができる。その上、検出電圧が平滑化されるので、少しの電圧変動ではタップ切換を行なわないため、タップ切換回数が抑制される。これにより、少しの電圧変動に対してタップ切換えが実行されて、切換えの都度、限流抵抗Ｒに電流が流れることにより、限流抵抗Rが過度に温度上昇して、タップ切換えができなくなることを確実に防止することができる。

さらに、前記制御装置は、準リニア制御の電圧調整継電器に不感帯を設けることにより、サイリスタの切換頻度を抑制することでも、上記同様の効果を実現している。

なお、図１には、本発明に係る自動電圧調整器Ａとして、直列変圧器２を星形結線した場合を例示したが、本発明の自動電圧調整器Ａはこの構成に限定するものではなく、直列変圧器２をＶ結線やΔ結線によって接続してもよいことは当然である。

以上説明したように、本発明の自動電圧調整器Ａによれば、従来の場合と比較して、
タップ点数を大幅に増やし、かつ、タップ間電圧を等しくすることにより準リニア制御を可能とした。

また、以上の説明からわかるように、本発明は、自動電圧調整器の結線方式や三相不平衡抑制機能などというような機能によらず適用可能な技術である。

本発明は、配電系統の電圧変動に対応する機器に利用される。

１ 配電線路
２ 直列変圧器
２ａ 直列変圧器の高圧回路側巻線
２ｂ 直列変圧器の低圧回路側巻線
３ 電圧調整変圧器
３ａ 電圧調整変圧器の高圧回路側巻線
３ｂ 電圧調整変圧器の低圧回路側巻線
４ サイリスタ式タップ切換器
Ｔｈ１〜Ｔｈ８ サイリスタ
５ 短絡防止回路
Ｔｈｂ ブリッジ用サイリスタ
Ｒ 限流抵抗
６ 開閉器
Ａ サイリスタ式自動電圧調整器

Claims (6)

1. 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、電圧調整変圧器の低圧回路側と、線路に対し直列に挿入した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、配電線の電圧を予め設定してある基準電圧に調整するようサイリスタを切換えて前記電圧調整変圧器のタップを切換えるサイリスタ式自動電圧調整器において、前記電圧調整変圧器の低圧回路側巻線のタップ巻数比を異電圧の比として、その組合せで電圧調整のタップ電圧を構成したことを特徴とするサイリスタ式自動電圧調整器。
2. 前記巻数比を１：３：２の異電圧比とした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器。
3. 前記制御装置は、電圧調整のタップ間電圧が等しくなるようにして調整電圧が線形に増減するようにサイリスタを切換制御するリニア制御の電圧調整継電器を用いて電圧制御を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載のサイリスタ式自動電圧調整器。
4. 前記制御装置は、検出した配電線電圧の時間平均値をフィードバック制御して配電線の電圧を適正に調節することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載のサイリスタ式自動電圧調整器。
5. 前記制御装置は、準リニア制御の電圧調整継電器に不感帯を設けて電圧制御することを特徴とする請求項３又は請求項４の何れかに記載のサイリスタ式自動電圧調整器。
6. 前記直列変圧器は、Ｖ結線、Δ結線、星形結線の何れかであることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載のサイリスタ式自動電圧調整器。

Images