(57)【要約】【課題】家庭の単相負荷に供給される２相の電圧を所定の電圧基準範囲に収まるように調整する。【解決手段】２相選択装置１２０は、２本の電圧線１２ａ、１２ｃの各電圧（ａ相電圧Ｖａ、ｃ相電圧Ｖｃ）を検出し、検出した２本の電圧線１２ａ、１２ｃの各電圧（Ｖａ、Ｖｂ）が所定の電圧基準範囲を逸脱するか否かを判定する制御部１２２と、１本の中性線１２ｂとともに単相負荷２０に２相の電圧（Ｐ相電圧Ｖｐ、Ｎ相電圧Ｖｎ）を供給する２本の電圧線１２ａ、１２ｃから電圧基準範囲を逸脱していない１本の電圧線を選択する電圧線選択部１２５と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
2010110041.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１本の中性線と２本の電圧線とを有した家庭に引き込まれる３本の配電線のうち、当該１本の中性線と当該２本の電圧線のうち１本の電圧線とにより２相の電圧を当該家庭の単相負荷に供給するとともに、当該２相の電圧を調整する家庭用電圧調整システムであって、
前記１本の中性線とともに前記単相負荷に２相の電圧を供給する前記２本の電圧線から１本の電圧線を選択する２相選択装置を有し、当該２相選択装置は、
前記２本の電圧線の各電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部により検出した前記２本の電圧線の各電圧が夫々所定の電圧基準範囲を逸脱するか否かを判定する電圧判定部と、
前記電圧判定部の判定結果に基づいて、前記１本の中性線とともに前記単相負荷に２相の電圧を供給する前記２本の電圧線から前記電圧基準範囲を逸脱していない１本の電圧線を選択する電圧線選択部と、
を有することを特徴とする家庭用電圧調整システム。
【請求項２】
請求項１に記載の家庭用電圧調整システムであって、
前記電圧線選択部は、
前記電圧判定部の判定結果に基づいて、選択されている前記２本の電圧線のうち一方の電圧線が前記電圧基準範囲を逸脱しており、且つ選択されていない前記２本の電圧線のうち他方の電圧線が前記電圧基準範囲を逸脱していない場合、当該一方の電圧線を当該他方の電圧線に切り替えること、
を特徴とする家庭用電圧調整システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の家庭用電圧調整システムであって、
前記選択装置と前記単相負荷との間に前記単相負荷の力率を補償する力率補償装置を有し、当該力率補償装置は、
前記単相負荷に供給する２相の電圧及び電流に基づいて前記単相負荷の力率を検出する力率検出部と、
前記力率検出部により検出した力率が所定の力率基準範囲を逸脱するか否かを判定する力率判定部と、
前記力率判定部により前記力率検出部により検出した力率が前記力率基準範囲を逸脱することが判定された場合、前記力率基準範囲を定める上下限と前記検出した力率との差分を補償する力率補償部と、
を有することを特徴とする家庭用電圧調整システム。
【請求項４】
請求項３に記載の家庭用電圧調整システムであって、
前記力率検出部は、
前記電圧判定部の判定結果に基づいて前記電圧検出部により検出した前記２本の電圧線の各電圧が前記電圧基準範囲を逸脱する場合、前記単相負荷の力率の検出を行うこと、
を特徴とする家庭用電圧調整システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の家庭用電圧調整システムであって、
前記２相選択装置と前記力率補償装置との間にタップ切替変圧器を有し、
前記力率補償装置は、
前記単相負荷に供給される２相の電圧の線間電圧を検出する線間電圧検出部と、
前記線間電圧検出部により検出された線間電圧が所定の線間電圧基準範囲を逸脱するか否かを判定する線間電圧判定部と、
前記線間電圧判定部により前記線間電圧検出部により検出した線間電圧が前記線間電圧基準範囲を逸脱することが判定された場合、前記線間電圧基準範囲を定める上下限と前記検出した線間電圧との差分に応じて前記タップ切替変圧器のタップを切り替えるタップ切替制御部と、
を有することを特徴とする家庭用電圧調整システム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の家庭用電圧調整システムであって、前記２相選択装置、前記タップ切替変圧器、前記力率補償装置は、電柱に架設された３相交流の配電線を単相３線式の配電線により引き込む家庭の引込口から当該家庭の単相負荷までの間に設けられること、を特徴とする家庭用電圧調整システム。
【請求項７】
請求項６に記載の家庭用電圧調整システムであって、前記２相選択装置、前記タップ切替変圧器、前記力率補償装置は、一体の機器に搭載されること、を特徴とする家庭用電圧調整システム。
【請求項８】
請求項７に記載の家庭用電圧調整システムであって、前記一体の機器は、家庭用分電盤であること、を特徴とする家庭用電圧調整システム。
【請求項９】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の家庭用電圧調整システムであって、
前記２相選択装置は、３相交流の配電線を架設する電柱に設けられ、
前記タップ切替変圧器、前記力率補償装置は、前記２相選択装置により選択された１本の電圧線と１本の中性線とから成る単相２線式の配電線により引き込む家庭の引込口から当該家庭の単相負荷までの間に設けられること、
を特徴とする家庭用電圧調整システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の家庭用電圧調整システムであって、前記タップ切替変圧器、前記力率補償装置は、一体の機器に搭載されること、を特徴とする家庭用電圧調整システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の家庭用電圧調整システムであって、前記一体の機器は、家庭用分電盤であること、を特徴とする家庭用電圧調整システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家庭用電圧調整システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電所で発電された３相交流の電力は、３相３線式の送電線を介して変電所に向けて送電され、変電所において電圧を下げられ、さらに変電所の遮断器より延設される３相３線式等の３相交流の配電線を介して各家庭（小規模需要家）の負荷に供給される。尚、電柱により架設される３相交流の配電線では、線路恒長に起因した電圧降下により配電線電圧が所定の電圧範囲を逸脱する場合や、重い単相負荷が接続されることで３相各相の電圧バランスが崩れる場合（３相の電圧不平衡）がある。そこで、変電所や配電線上には、配電線の電圧変動対策として、自動電圧調整装置（ＡＶＲ；Automatic Voltage Regulator）や自動力率調整装置（ＡＱＲ;Automatic Q Regulator）等の電圧補償装置が設置されている。その他にも、例えば、特許文献１には、最大電流の現れた相の負荷を最小電流が認められた相へ切り替えを行うことで、３相回路の負荷不平衡を解消する制御センター１１が開示されている。
【０００３】
ところで、変電所から家庭に向けて３相交流の配電線によって送られる電力は、当該配電線を架設する電柱に設けられた柱上変圧器によって単相の１００Ｖ又は２００Ｖの電圧に下げられ、引込線を介して各家庭の引込口に引き込まれる。引込口から家庭の負荷（家電製品等）に向けた配電線方式としては、単相２線式や単相３線式が一般的である。尚、単相２線式とは、分電盤内や配電盤内の変圧器の二次巻線の両端より取り出された１本の電圧線並びに接地された１本の中性線と、によって家庭の単相負荷に接続する方式のことである。また、単相３線式とは、分電盤内や配電盤内の変圧器の二次巻線の中間点より取り出された接地された１本の中性線と、当該変圧器の二次巻線の両端より取り出された２本の電圧線と、により家庭の単相負荷に接続する配電線方式のことである。尚、単相３線式によれば、例えば２本の電圧線が夫々１００Ｖの電圧を供給する場合、２本の電圧線によって２００Ｖの家庭の負荷を賄うことができ、１本の電圧線と１本の中間線とによって１００Ｖの家庭の負荷を賄うことができる。上記のような単相２線式や単相３線式のように家庭の単相負荷に接続する配電線としては、単相負荷の使用状況等を考慮して、電気配線工事によって分電盤内で予め配線されている。
【特許文献１】特開２００４−３１２８４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、風力発電や太陽光発電のように自然エネルギーを利用した自家発電設備（分散型電源）が家庭に普及し始めている。自家発電設備は、一般的に、発電した直流を単相インバータにより単相交流に変換して家庭の単相の配電線に連系されている。このため、連系される自家発電設備の普及が拡大すると、配電系統側の３相交流の配電線における各相の電圧の不平衡化の影響を無視できなくなる。
【０００５】
また、オール電化等の普及により家庭の負荷の電力使用量の更なる増加が予測される。このため、例えば、ａ相（電圧線）、ｂ相（中性線）、ｃ相（電圧線）から成る家庭の単相３線式の配電線のうち、ａ相の電圧が電力使用量の多い負荷が接続されて低下するような場合、ａ相（電圧線）、ｂ相（中性線）と接続された家庭の単相負荷の性能が低下したり、その仕様どおりの動作が行われない虞がある。
【０００６】
以上のような将来的な電力需給の予測によって、自家発電設備の普及拡大や家庭の単相負荷の電力使用量の増加が要因となり、配電系統側の既存の電圧変動対策（上記の電圧補償装置）を実施したとしても、配電系統側の３相交流の配電線の各相の電圧変動を抑制しきれず、ひいては、家庭の引込口に引き込まれた３相の配電線の各相の電圧の方にも影響を与えるという虞がある。
【０００７】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、１本の中性線と２本の電圧線とを有した家庭に引き込まれる３本の配電線のうち、当該１本の中性線と当該２本の電圧線のうち１本の電圧線とにより当該家庭の単相負荷に供給される２相の電圧を所定の電圧基準範囲に収まるように調整することが可能な家庭用電圧調整システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための主たる本発明は、１本の中性線と２本の電圧線とを有した家庭に引き込まれる３本の配電線のうち、当該１本の中性線と当該２本の電圧線のうち１本の電圧線とにより２相の電圧を当該家庭の単相負荷に供給するとともに、当該２相の電圧を調整する家庭用電圧調整システムであって、前記１本の中性線とともに前記単相負荷に２相の電圧を供給する前記２本の電圧線から１本の電圧線を選択する２相選択装置を有し、当該２相選択装置は、前記２本の電圧線の各電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部により検出した前記２本の電圧線の各電圧が夫々所定の電圧基準範囲を逸脱するか否かを判定する電圧判定部と、前記電圧判定部の判定結果に基づいて、前記１本の中性線とともに前記単相負荷に２相の電圧を供給する前記２本の電圧線から前記電圧基準範囲を逸脱していない１本の電圧線を選択する電圧線選択部と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、上記の家庭用電圧調整システムであって、前記電圧線選択部は、前記電圧判定部の判定結果に基づいて、選択されている前記２本の電圧線のうち一方の電圧線が前記電圧基準範囲を逸脱しており、且つ選択されていない前記２本の電圧線のうち他方の電圧線が前記電圧基準範囲を逸脱していない場合、当該一方の電圧線を当該他方の電圧線に切り替えること、としてもよい。
【００１０】
また、上記の家庭用電圧調整システムであって、前記選択装置と前記単相負荷との間に前記単相負荷の力率を補償する力率補償装置を有し、当該力率補償装置は、前記単相負荷に供給する２相の電圧及び電流に基づいて前記単相負荷の力率を検出する力率検出部と、前記力率検出部により検出した力率が所定の力率基準範囲を逸脱するか否かを判定する力率判定部と、前記力率判定部により前記力率検出部により検出した力率が前記力率基準範囲を逸脱することが判定された場合、前記力率基準範囲を定める上下限と前記検出した力率との差分を補償する力率補償部と、を有することとしてもよい。
【００１１】
また、上記の家庭用電圧調整システムであって、前記力率検出部は、前記電圧判定部の判定結果に基づいて前記電圧検出部により検出した前記２本の電圧線の各電圧が前記電圧基準範囲を逸脱する場合、前記単相負荷の力率の検出を行うこと、としてもよい。
【００１２】
また、上記の家庭用電圧調整システムであって、前記２相選択装置と前記力率補償装置との間にタップ切替変圧器を有し、前記力率補償装置は、前記単相負荷に供給される２相の電圧の線間電圧を検出する線間電圧検出部と、前記線間電圧検出部により検出された線間電圧が所定の線間電圧基準範囲を逸脱するか否かを判定する線間電圧判定部と、前記線間電圧判定部により前記線間電圧検出部により検出した線間電圧が前記線間電圧基準範囲を逸脱することが判定された場合、前記線間電圧基準範囲を定める上下限と前記検出した線間電圧との差分に応じて前記タップ切替変圧器のタップを切り替えるタップ切替制御部と、としてもよい。
【００１３】
また、上記の家庭用電圧調整システムであって、前記２相選択装置、前記タップ切替変圧器、前記力率補償装置は、電柱に架設された３相交流の配電線を単相３線式の配電線により引き込む家庭の引込口から当該家庭の単相負荷までの間に設けられること、としてもよい。尚、前記２相選択装置、前記タップ切替変圧器、前記力率補償装置は、一体の機器に搭載されること、としてもよいし、前記一体の機器は、家庭用分電盤であること、としてもよい。
【００１４】
また、上記の家庭用電圧調整システムであって、前記２相選択装置は、３相交流の配電線を架設する電柱に設けられ、前記タップ切替変圧器、前記力率補償装置は、前記２相選択装置により選択された１本の電圧線と１本の中性線とから成る単相２線式の配電線により引き込む家庭の引込口から当該家庭の単相負荷までの間に設けられること、としてもよい。尚、前記タップ切替変圧器、前記力率補償装置は、一体の機器に搭載されること、としてもよいし、前記一体の機器は、家庭用分電盤であること、としてもよい。
【００１５】
その他、本願が開示する課題及びその解決方法は、発明を実施するための最良の形態の欄、及び図面により明らかにされる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に示されるとおり、家庭の単相負荷に供給される２相の電圧を所定の電圧基準範囲に収まるように調整することが可能な家庭用電圧調整システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下では、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１８】
＜＜＜第１の実施の形態に係る家庭用電圧調整システム＞＞＞
＝＝＝家庭用電圧調整システムの構成例＝＝＝
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る家庭用電圧調整システム１００の構成を示した図である。
【００１９】
家庭用電圧調整システム１００は、将来的な自家発電設備の普及拡大や各家庭の負荷の電力使用量の増加を見越し、既存の配電系統側の電圧変動対策の補助的な対策として、各家庭への普及を目指して実施されるシステムである。家庭用電圧調整システム１００は、家庭の引込口１０から家電製品等の家庭用負荷である単相負荷２０までの間の配電線間に設けられる既存の家庭用分電盤（一体の機器）の代替機器又は追加機器として実施される。
【００２０】
具体的には、電柱に架設された３相３線式の３相交流の配電線より、接地された１本の中性線１２ｂと例えば１００Ｖの電圧を供給する２本の電圧線１２ａ、１２ｃとを有した単相３線式の配電線が引込口１０に引き込まれる。家庭用電圧調整システム１００は、２本の電圧線１２ａ、１２ｃの電圧状況に基づいて、１本の中性線１２ｂとともに単相負荷２０に２相の電圧を供給する２本の電圧線１２ａ、１２ｃのうち１本の電圧線を選択することで、単相負荷２０に供給される電圧を所定の電圧基準範囲に収まるように調整するシステムを目指している。
【００２１】
上記のような家庭用電圧調整システム１００は、１本の中性線１２ｂと接続される受電側端子１４ｂと、２本の電圧線１２ａ、１２ｃと夫々接続される受電側端子１４ａ、１４ｃと、単相負荷２０と接続される２つの負荷側端子１６ａ、１６ｂと、を有する。受電側端子１４ａ、１４ｂ、１４ｃにはａ相電圧Ｖａ、ｂ相電圧Ｖｂ、ｃ相電圧Ｖｃが夫々印加される。負荷側端子１６ａ、１６ｂよりａ相電圧Ｖａ又はｃ相電圧Ｖｃ（以下、Ｐ相電圧Ｖｐと呼ぶ。）とｂ相電圧Ｖｂ（以下、Ｎ相電圧Ｖｎと呼ぶ。）とに応じた電圧が単相負荷２０に供給される。
【００２２】
家庭用電圧調整システム１００は、２相選択装置１２０と、タップ切替変圧器１４０と、力率補償装置１６０と、によって構成される。
【００２３】
２相選択装置１２０は、制御部１２２、２相選択部１２４により構成され、受電側端子１４ｂと接続される１本の中性線１２ｂと、受電側端子１４ａ、１４ｃと接続される２本の電圧線１２ａ、１２ｃから１本の電圧線と、を選択する装置である。つまり、２相選択装置１２０により選択されるパターンとしては、電圧線１２ａ及び中性線１２ｂと、電圧線１２ｃ及び中性線１２ｂと、の２パターンがある。
【００２４】
制御部１２２は、受電側端子１４ａ、１４ｂ、１４ｃに印加されるａ相電圧Ｖａ、ｂ相電圧Ｖｂ、ｃ相電圧Ｖｃを個別に監視しており、各相の電圧を検出する機能（電圧検出部）を有する。当該機能としては、例えば、電圧計等のハードウェア若しくはＡＤ変換器及びＣＰＵのソフトウェアによって実現される。尚、ｂ相電圧Ｖｂに関しては０Ｖとみなして検出しなくてもよい。
【００２５】
また、制御部１２２は、各相の検出電圧が夫々の基準電圧Ｖｒａ、Ｖｒｂ、Ｖｒｃを基準とした±ΔＶの範囲で定められる電圧基準範囲（Ｖｒａ±ΔＶ、Ｖｒｂ±ΔＶ、Ｖｒｃ±ΔＶ）を逸脱するか否かを判定する機能（電圧判定部）を有する。当該機能としては、例えば、コンパレータ等のハードウェア又はＣＰＵのソフトウェアによって実現される。尚、各相の検出電圧が上限電圧（Ｖｒａ＋ΔＶ、Ｖｒｂ＋ΔＶ、Ｖｒｃ＋ΔＶ）を上回る場合には上限逸脱とし、各相の検出電圧が下限電圧（Ｖｒａ−ΔＶ、Ｖｒｂ−ΔＶ、Ｖｒｃ−ΔＶ）を下回る場合には下限逸脱とする。
【００２６】
さらに、制御部１２２は、検出した各相の電圧に基づいて２相選択部１２４における電圧線の選択が可能か否かを判定する機能を有し、その判定結果を示す状態信号Ｓを後述の力率補償装置１６０が備える制御部１６４に向けて出力する。当該機能としては、例えば、論理回路又はＣＰＵのソフトウェアによって実現される。尚、２相選択部１２４における選択が可能と判定される場合とは、現在選択されている２本の電圧線１２ａ、１２ｃのうち一方の電圧線の電圧（ａ相電圧Ｖａ又はｃ相電圧Ｖｃ）が上限逸脱又は下限逸脱であることが判定され、且つ現在未選択である他方の電圧線の電圧が電圧基準範囲を逸脱していないことが判定される場合である。制御部１２２は、２相選択部１２４における選択が可能と判定した場合、当該未選択の電圧線に切り替えるための制御信号ＳＷ１を２相選択部１２４に向けて出力する。尚、制御部１２２は、２本の電圧線１２ａ、１２ｃの各電圧（ａ相電圧Ｖａ及びｃ相電圧Ｖｃ）がともに上限逸脱又は下限逸脱である場合には、２相選択部１２４における選択が不可能と判定する。
【００２７】
２相選択部１２４は、電圧線選択部１２５と、中性線選択部１２６と、を有しており、制御部１２２からの制御信号ＳＷ１に基づいて、２本の電圧線１２ａ、１２ｃのうち１本の電圧線を選択する。尚、本実施の形態の場合、中性線１２ｂの選択は固定とする。
【００２８】
電圧線選択部１２５は、２本の電圧線１２ａ、１２ｃが制御部１２２を介して接続される。電圧線選択部１２５は、制御部１２２からの制御信号ＳＷ１に基づいて、タップ付変圧器１４２の一次巻線の一方の端子に印加する電圧線１２ａのａ相電圧Ｖａ又は電圧線１２ｃのｃ相電圧Ｖｃを選択する。中性線選択部１２６は、電圧線選択部１２５と同様に、中性線１２ｂが制御部１２２を介して接続されるが、選択操作は行わずに、中性線１２ｂのｂ相電圧Ｖｂをタップ付変圧器１４２の一次巻線の他方の端子に印加する。尚、タップ付変圧器１４２の一次巻線の極性（巻方向）によって、電圧線選択部１２５と中性線選択部１２６それぞれの機能を入れ替える機能を設けてもよい。
【００２９】
タップ切替変圧器１４０は、タップ付変圧器１４２、タップ切替器１４４により構成され、タップ付変圧器１４２の一次巻線の巻数を調整することで、タップ付変圧器１４２の二次巻線より取り出す二次電圧、ひいては負荷側端子１６ａ、１６ｂより単相負荷２０に供給される２相の電圧（Ｐ相電圧Ｖｐ、Ｎ相電圧Ｖｎ）を調整するものである。
【００３０】
タップ付変圧器１４２は、一次巻線の一方の端子に電圧線選択部１２５より選択された１本の電圧線の電圧（ａ相電圧Ｖａ又はｃ相電圧Ｖｃ）が印加され、一次巻線の他方の端子に電圧線選択部１２５より中性線１２ｂのｂ相電圧Ｖｂが印加される。タップ付変圧器１４２の二次巻線の両端子は、力率補償装置１６０の力率補償器１６２と接続される。タップ付変圧器１４２の一次巻線と二次巻線の巻数比をＮ１／Ｎ２とした場合、タップ付変圧器１４２の二次巻線より取り出される二次電圧は、タップ付変圧器を理想変圧器とした場合、「（Ｖａ−Ｖｂ）・Ｎ１／Ｎ２」又は「（Ｖｃ−Ｖｂ）・Ｎ１／Ｎ２」として表すことができる。
【００３１】
タップ切替器１４４は、力率補償装置１６０の制御部１６４からの制御信号ＳＷ３に基づいて、タップ付変圧器１４２の一次巻線より引き出された複数のタップのいずれかを選択することで、タップ付変圧器１４２の一次巻線の巻数Ｎ１を調整する。一次巻線の巻数Ｎ１が可変であることをＮ１（ＴＡＰ）と表した場合、タップ付変圧器１４２の二次巻線より取り出される二次電圧は、「（Ｖａ−Ｖｂ）・Ｎ１（ＴＡＰ）／Ｎ２」又は「（Ｖｃ−Ｖｂ）・Ｎ１（ＴＡＰ）／Ｎ２」として表すことができる。
【００３２】
力率補償装置１６０は、制御部１６２、力率補償器１６４により構成され、単相負荷２０に供給される２相の電圧の変動を抑えるように単相負荷２０の力率補償を行う装置である。尚、負荷側端子１６ａ、１６ｂに接続される単相負荷２０のインダクタンス成分（誘導性負荷）や容量成分（容量性負荷）の増減に伴って単相負荷２０の力率θが変動すると、単相負荷２０に供給される２相の電圧も変動することになる。この場合、力率補償装置１６０は、単相負荷２０に供給される２相の電圧の変動を抑えるべく、単相負荷２０の力率を補償する。
【００３３】
制御部１６２は、制御部１２２より選択が不可能であることを示す状態信号Ｓを受信した場合、負荷側端子１６ａ、１６ｂより単相負荷２０に供給される２相の電圧及び単相負荷２０に流れる電流Ｉに基づいて、単相負荷２０の力率θを検出する機能（力率検出部）を有する。当該機能としては、例えば、電圧計、電流計、積算回路等のハードウェア若しくはＡＤ変換器及びＣＰＵのソフトウェアによって実現される。また、制御部１６２は、検出した力率θが基準力率θｒを基準とした±Δθの範囲で定められる力率基準範囲（θｒ±Δθ）を逸脱するか否かを判定する機能（力率判定部）を有する。当該機能としては、例えば、コンパレータ等のハードウェア又はＣＰＵのソフトウェアによって実現される。尚、検出した力率θが上限力率（θｒ＋Δθ）を上回る場合には上限逸脱（進み過ぎ）とし、検出した力率θが下限力率（θｒ−Δθ）を下回る場合には下限逸脱（遅れ過ぎ）とする。検出した力率θが上限逸脱又は下限逸脱であることを判定された場合には、単相負荷２０の力率θを力率基準範囲（θｒ±Δθ）に収束させるべく、力率基準範囲を定める上下限（θｒ＋Δθ、θｒ−Δθ）と検出した力率θとの差分（θ−（θｒ±Δθ））を補償する機能（力率補償機能）を有し、その力率補償を行うための制御信号ＳＷ２を力率補償器２６４に向けて出力する。
【００３４】
さらに、制御部１６２は、負荷側端子１６ａ、１６ｂより単相負荷２０に供給される２相の電圧の線間電圧ｖを検出する機能（線間電圧検出部）を有する。当該機能としては、差動増幅器等のハードウェア若しくはＡＤ変換器及びＣＰＵのソフトウェアによって実現される。また、制御部１６２は、検出した線間電圧ｖが基準線間電圧ｖｒを基準とした±Δｖの範囲で定められる線間電圧基準範囲（ｖｒ±Δｖ）を逸脱するか否かを判定する機能（線間電圧判定部）を有する。当該機能としてはコンパレータ等のハードウェア若しくはＡＤ変換器及びＣＰＵのソフトウェアによって実現される。尚、線間電圧ｖが上限線間電圧（ｖｒ＋Δｖ）を上回る場合には上限逸脱とし、線間電圧ｖが下限線間電圧（ｖｒ−Δｖ）を下回る場合には下限逸脱とする。線間電圧ｖが上限逸脱又は下限逸脱であることを判定された場合には、線間電圧基準範囲（ｖｒ±Δｖ）を定める上下限と検出した線間電圧ｖとの差分（ｖ−（ｖｒ±Δｖ））に応じてタップ付変圧器１４２の一次巻線のタップを切り替えるための制御信号ＳＷ３をタップ切替器１４４に向けて出力する。
【００３５】
力率補償器１６４は、制御部１６２からの制御信号ＳＷ２に基づいて、単相負荷２０の力率θを補償する機能（力率補償部）を有する。具体的には、制御信号ＳＷ２が単相負荷２０の力率θが上限逸脱（進み過ぎ）を表している場合には、力率θを下げるため（遅らせるため）の補償インダクタンスＬによる補償、及び／又は力率θを上げるため（進めさせるため）の補償容量Ｃによる補償解除を行う。一方、制御信号ＳＷ２が単相負荷２０の力率θが下限逸脱（遅れ過ぎ）を表している場合には、力率θを上げるため（進めさせるため）の補償容量Ｃによる補償、及び／又は力率θを下げるため（遅らせるため）の補償インダクタンスＬの補償解除を行う。尚、力率補償器１６４は、補償インダクタンスＬ並びに補償容量Ｃは夫々複数有し、制御部１６２からの制御信号ＳＷ２に基づいて複数の補償インダクタンスＬ並びに補償容量Ｃを段階的に選択するようにしてもよい。
【００３６】
＝＝＝家庭用電圧調整システムの全体動作例＝＝＝
図２は、家庭用電圧調整システム１００の全体的な動作の流れを示すフローチャートである。
【００３７】
２相選択装置１２０の制御部１２２は、受電側端子１４ａ、１４ｂ、１４ｃに供給される３相のａ相電圧Ｖａ、ｂ相電圧Ｖｂ、ｃ相電圧Ｖｃを検出し（Ｓ２００）、各相の電圧が電圧基準範囲（Ｖｒ±ΔＶ）を逸脱するか否かを判定する（Ｓ２０１）。各相の電圧が何れも電圧基準範囲（Ｖｒ±ΔＶ）を逸脱しないことが判定された場合には（Ｓ２０１：ＮＯ）、Ｓ２００に戻る。各相の電圧の何れかが電圧基準範囲（Ｖｒ±ΔＶ）を逸脱することが判定された場合には（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、電圧線選択部１２５によって現在選択されている電圧線を未選択の電圧線に切り替えることが可能であるか否かを判定する（Ｓ２０２）。尚、この判定結果を示す状態信号Ｓが、力率補償装置１６０の制御部１６２に向けて出力される。
【００３８】
２相選択装置１２０の制御部１２２は、電圧線選択部１２５において現在選択されている２本の電圧線１２ａ、１２ｂのうち一方の電圧線の電圧が上限逸脱となる場合には（Ｓ２０２：ＹＥＳ、Ｓ２０３：ＹＥＳ）、現在選択されている一方の電圧線を現在未選択であり且つ電圧基準範囲（Ｖｒ±ΔＶ）を逸脱していない他方の電圧線に切り替えるための制御信号ＳＷ１を電圧線選択部１２５に向けて出力し、Ｓ２００に戻る。これにより、電圧線選択部１２５において、上記他方の電圧線が選択される。一方、電圧線選択部１２５において現在選択されている一方の電圧線の電圧が下限逸脱となる場合には（Ｓ２０３：ＮＯ、Ｓ２０５）、現在選択されている一方の電圧線を現在未選択であり電圧基準範囲（Ｖｒ±ΔＶ）を逸脱していない他方の電圧線に切り替えるための制御信号ＳＷ１を電圧線選択部１２５に向けて出力し、Ｓ２００に戻る。これにより、電圧線選択部１２５において、上記の他方の電圧線が選択される。
【００３９】
力率補償装置１６０の制御部１６２は、制御部１２２から受信した状態信号Ｓが電圧線選択部１２５における選択が不可能であることを示す場合（Ｓ２０２：ＮＯ）、負荷側端子１６ａ、１６ｂより単相負荷２０に供給される２相の電圧並びに単相負荷２０に流れる電流Ｉに基づいて単相負荷２０の力率θを検出し（Ｓ２０７）、その検出した力率θが力率基準範囲（θｒ±Δθ）を逸脱するか否かを判定する（Ｓ２０８）。そして、検出した力率θが上限力率（θｒ＋Δθ）を上回る場合（Ｓ２０８：ＹＥＳ、Ｓ２０９：ＹＥＳ）、例えば、単相負荷２０のインダクタンス成分が減少若しくは容量成分が増加した場合、単相負荷２０の力率θを下げる補償を行い、Ｓ２００に戻る。具体的には、力率補償器１６４における補償容量Ｃによる力率補償の解除及び／又は補償インダクタンスＬによる力率補償を行う。一方、検出した力率θが下限力率θｒ−Δθを下回る場合（Ｓ２０８：ＹＥＳ、Ｓ２０９：ＮＯ、Ｓ２１１）、例えば、単相負荷２０のインダクタンス成分が増加若しくは容量成分が減少した場合、単相負荷２０の力率θを上げる補償を行い、Ｓ２００に戻る。具体的には、力率補償器１６４における補償容量Ｃによる力率補償及び／又は補償インダクタンスＬによる力率補償の解除を行う。
【００４０】
検出した力率θが力率基準範囲（θｒ±Δθ）を逸脱しないことが判定された場合（Ｓ２０８：ＮＯ）、タップ切替変圧器１４０による負荷側端子１６ａ、１６ｂより単相負荷２０に供給される２相の電圧（Ｐ相電圧Ｖｐ、Ｎ相電圧Ｖｎ）の線間電圧ｖの調整を行う（Ｓ２１３）。制御部１６２は、検出した線間電圧ｖが線間電圧基準範囲（ｖｒ±Δｖ）を逸脱することを判定した場合、タップ付変圧器の一次巻線のタップを切り替えるための制御信号ＳＷ３をタップ切替器１４４に向けて出力する。尚、検出した線間電圧ｖが上限線間電圧（ｖｒ＋Δｖ）を上回る場合（上限逸脱の場合）には（Ｓ２１４：ＹＥＳ）、タップ付変圧器１４２の一次巻線のタップを切り替えてタップ付変圧器１４２の２次側電圧を下げ（Ｓ２１５）、Ｓ２００に戻る。一方、検出した線間電圧ｖが下限線間電圧（ｖｒ−Δｖ）を下回る場合（下限逸脱の場合）には（Ｓ２１４：ＮＯ、Ｓ２１６）、タップ付変圧器１４２の一次巻線のタップを切り替えてタップ付変圧器１４２の２次側電圧を上げ（Ｓ２１５）、Ｓ２００に戻る。
【００４１】
＝＝＝２相選択装置の動作例＝＝＝
図３は、２相選択装置１２０による２相選択動作の一例を説明するための波形図である。尚、同図に示す期間Ｔａ１、Ｔｂ１、Ｔｃ１、Ｔｄ１の順に時間が経過しているものとする。
【００４２】
期間Ｔａ１では、２相選択装置１２０によって、２本の電圧線１２ａ、１２ｃと１本の中性線１２ｂとのうち、１本の電圧線１２ａと１本の中性線１２ｂとが選択された状態である。つまり、単相負荷２０は、電圧線１２ａのａ相電圧Ｖａと中性線１２ｂのｂ相電圧Ｖｂとの線間電圧に応じた電圧が供給されている状態である。
【００４３】
尚、電圧線１２ａのａ相電圧Ｖａは下限電圧（Ｖｒａ−ΔＶ）を下回っており、下限逸脱となっている状態である。中性線１２ｂのｂ相電圧Ｖｂは基準電圧範囲（Ｖｒｂ±ΔＶ）に収まっている状態である。電圧線１２ｃのｃ相電圧Ｖｃは基準電圧範囲（Ｖｒｃ±ΔＶ）に収まってはいるが、基準電圧Ｖｒｃよりも上回っている状態である。
【００４４】
期間Ｔｂ１では、制御部１２２によって、電圧線１２ａのａ相電圧Ｖａが下限逸脱であることを判定しており、また、電圧線１２ｃのｃ相電圧Ｖｃは基準電圧範囲に収まってはいるが基準電圧Ｖｒｃよりも上回っていることが判定される。
【００４５】
期間Ｔｃ１では、制御部１２２によって、電圧線選択部１２５において現在選択されているａ相電圧Ｖａの電圧線１２ａから現在未選択のｃ相電圧Ｖｃの電圧線１２ｃに切り替わる。この結果、配電系統上において電圧線１２ａに接続される負荷が減少するため、電圧線１２ａのａ相電圧Ｖａが上昇して下限逸脱が解消されることになる。また、配電系統上において電圧線１２ｃに接続される負荷が増加するため、電圧線１２ｃのｃ相電圧Ｖｃが下降して基準電圧Ｖｒｃに接近することになる。
【００４６】
期間Ｔｄ１では、２本の電圧線１２ａ、１２ｃと１本の中性線１２ｂとのうち、１本の電圧線１２ｃと１本の中性線１２ｂとが選択された状態に切り替わる。つまり、期間Ｔｄ１では、電圧線１２ｃのｃ相電圧Ｖｃと中性線１２ｂのｂ相電圧Ｖｂとの線間電圧に応じた電圧が単相負荷２に供給される状態に切り替わる。
【００４７】
上記の２相選択動作によって、３相交流の配電線の各相に接続されている負荷の軽重によって各相の電圧が不平衡になっても、単相負荷２０に供給される２相の電圧が電圧基準範囲内に収まるように調整することができる。このため、単相負荷２０に供給される電圧が安定化し、単相負荷２０の性能低下や誤動作を防止することができる。また、配電系統上重負荷が接続された一方の電圧線が、配電系統上軽負荷であり且つ電圧基準範囲に収まっている他方の電圧線に切り替えられ、若しくはその逆の現象も起こるため、配電系統全体としてみれば、３相交流の配電線の３相夫々に接続されている負荷の不平衡を解消することができる。
【００４８】
＝＝＝力率補償装置の動作例＝＝＝
図４は、力率補償装置１６０による力率補償動作の一例を説明するための波形図である。尚、同図に示す期間Ｔａ２、Ｔｂ２、ＴＣ、Ｔｄ２の順に時間が経過しているものとする。
【００４９】
期間Ｔａ２では、単相負荷２０のインダクタンス成分Ｌの増加によって、単相負荷２０の力率θが下限力率（θｒ−Δθ）よりも低下している状態である。尚、力率θが下限力率θｒ−Δθよりも低下している遅れ力率の状態であるため、単相負荷２０に供給する２相の線間電圧（Ｐ相電圧Ｖｐ−Ｎ相電圧Ｖｎ）の電圧降下が生じている状態である。
【００５０】
期間Ｔｂ２では、制御部１６２によって単相負荷２０の力率θが下限力率（θｒ−Δθ）よりも低下していることが判定される。そして、制御部１６２は、力率補償器１６４に対して単相負荷２０の力率θを上げる（進める）ための補償を指示する制御信号ＳＷ２を出力する。
【００５１】
期間ＴＣでは、力率補償器１６４は、単相負荷２０の力率θを上げるため（進めさせるため）の容量成分Ｃを補償し、若しくは力率θを下げるため（遅らせるため）のインダクタンス成分Ｌの補償を解除する。
【００５２】
期間Ｔｄ２では、制御部１６２によって検出される単相負荷２０の力率θが上げられて（進められて）、単相負荷２０の力率θが力率基準範囲（θｒ±Δθ）に収まり、単相負荷２０の力率θの下限逸脱が解消される。また、単相負荷２０の力率θの下限逸脱の解消に伴って、単相負荷２０に供給する２相の線間電圧（Ｐ相電圧Ｖｐ−Ｎ相電圧Ｖｎ）が上昇することになる。
【００５３】
上記の２相選択動作が適切に行われたとしても、家庭用電圧調整システム１００に接続される単相負荷２０（一般的には、インダクタンス成分を有した家電製品のモータ負荷である場合が多い。）が増加したり若しくは減少したりすることに伴って、単相負荷２０の力率θの変動に基づいて単相負荷２０に供給する２相の線間電圧が変動する場合がある。しかしながら、上記の２相選択動作後に上記の力率補償動作を行うことによって、単相負荷２０の力率θの変動に基づく２相の線間電圧が変動する場合であっても、当該２相の線間電圧を基準線間電圧範囲に収束させることが可能となる。
【００５４】
＝＝＝タップ切替変圧器の動作例＝＝＝
図５は、タップ切替変圧器１４０によるタップ切替動作の一例を説明するための波形図である。尚、同図に示す期間Ｔａ３、Ｔｂ３、Ｔｃ３、Ｔｄ３の順に時間が経過しているものとする。
【００５５】
期間Ｔａ３では、単相負荷２０に供給する２相の電圧の線間電圧ｖ（Ｐ相電圧Ｖｐ−Ｎ相電圧Ｖｎ）の電圧降下が生じており、線間電圧ｖは下限線間電圧（ｖｒ−Δｖ）よりも低下している状態である。
【００５６】
期間Ｔｂ３では、制御部１６２によって線間電圧ｖは下限線間電圧（ｖｒ−Δｖ）よりも低下していることが判定される。そして、制御部１６２は、タップ切替変圧器１４０に対し線間電圧ｖを上昇するためのタップ切り替えを指示する制御信号ＳＷ３を出力する。
【００５７】
期間Ｔｃ３では、タップ切替器１４４は、制御部１６２からの制御信号ＳＷ３に基づいて、タップを切り替えることでタップ付変圧器の巻数比を変更し、タップ付変圧器の２次側電圧を上昇させる。
【００５８】
期間ｔｄ３では、タップ付変圧器の２次側電圧が上昇したことを受けて、２相の線間電圧ｖは基準線間電圧範囲（ｖｒ±Δｖ）に収まり、線間電圧ｖの下限逸脱が解消される。
【００５９】
上記の力率補償動作のみでは、当該２相の線間電圧を基準線間電圧範囲に収束させることが困難な場合がある。そこで、上記の力率補償動作の補助的な電圧調整対策として、上記のタップ切替動作を行うことにより、当該２相の線間電圧を基準線間電圧範囲により収束させることが可能となる。
【００６０】
＜＜＜第２の実施の形態に係る家庭用電圧調整システム＞＞＞
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る家庭用電圧調整システム２００の構成を示した図である。図１に示した第１の実施の形態に係る家庭用電圧調整システム１００の構成と相違する点は、２相選択装置２２０が柱上変圧器２２４を含めた形で電柱に設けられている点である。以下では、家庭用電圧調整システム１００の構成と相違する点を中心に説明する。
【００６１】
２相選択装置２２０は、電柱に架設された３相３線式の配電線２１ａ、２１ｂ、２１ｃと接続される受電側端子２２ａ、２２ｂ、２２ｃと、タップ切替変圧器２４０の変圧器２４２の１次巻線の両端子２６ａ、２６ｂと単相２線式の配電線２５ａ、２５ｂを介して接続するための接続端子２４ａ、２４ｂを有する。
【００６２】
２相選択装置２２０は、制御部２２２、柱上変圧器２２４、２相選択部２２６を備えている。制御部２２２は、３相３線式の配電線２１ａ、２１ｂ、２１ｃの各相の電圧を用いる点以外、制御部１２２の機能と同様である。柱上変圧器２２４は、３相のΔ−Δ（デルタ・デルタ）結線であり、３相３線式の配電線２１ａ、２１ｂ、２１ｃの電圧を単相負荷２０向けの単相３線式の電圧に変換（変圧）する。尚、柱上変圧器２２４は、Ｙ−Δ（スター・デルタ）結線であってもよい。２相選択部２２６は、柱上変圧器２２４の二次側の３相電圧を用いる点以外、２相選択部１２４の機能と同様である。
【００６３】
一方、家庭側に設けられるタップ切替変圧器２４０は、２相選択装置２２０により選択された１本の電圧線と１本の中性線とから成る単相２線式の配電線２５ａ、２５ｂの２相の電圧が印加される点以外は図１に示したタップ切替変圧器１４０の機能と同様であり、また力率補償装置２６０は図１に示した力率補償装置１６０の機能と同様である。尚、各家庭に提供される家庭用分電盤の代替機器としては、２相選択装置２２０を設けなくて済む分、図１に示した家庭用電圧調整システム１００と比べて小型化・低コスト化が可能となる。
【００６４】
図７、図８は、家庭用電圧調整システム２００の全体的な動作の流れを示すフローチャートである。図２に示した家庭用電圧調整システム１００の全体的な動作の流れと相違する点としては、２相選択動作（Ｓ７００〜Ｓ７０６）は配電系統側の電柱上に設けられた２相選択装置２２０によって独立して行われ、力率補償動作並びにタップ切替動作（Ｓ８００〜Ｓ８１２）は負荷側である各家庭に設けられたタップ切替変圧器２４０並びに力率補償装置２５０によって独立して行われる点である。
【００６５】
尚、２相選択動作（Ｓ７００〜Ｓ７０６）において、制御部２２２によって選択が不可能と判定された場合（Ｓ７０２：ＮＯ）には、力率補償装置２６０の制御部２６２に向けて上記の状態信号Ｓを送らずに、Ｓ７００に戻る。また、力率補償動作並びにタップ切替動作（Ｓ８００〜Ｓ８１２）において、制御部２６２によって単相負荷２０の力率θを検出する前に（Ｓ８０２）、単相負荷２０に供給する２相の電圧（Ｐ相電圧Ｖｐ、Ｎ相電圧Ｖｎ）を検出し（Ｓ８００）、当該２相の電圧が夫々所定の電圧基準範囲を逸脱するか否かを判定する（Ｓ８０１）。つまり、２相選択装置２２０とタップ切替変圧器２４０及び力率補償装置２６０との間ではシステム的に連系した制御が行われない分、制御線等の配電線が不要である。
【００６６】
以上の家庭用電圧調整システム１００、２００によれば、将来的に自家発電設備の普及拡大や家庭の単相負荷２０の電力使用量の増加が要因となって、配電系統側の既存の電圧変動対策（上記の電圧補償装置）のみでは対処困難と予測される、３相交流である配電線の各相の電圧変動の抑制化や、ひいては各家庭の引込口に引き込まれた配電線の各相の電圧変動の抑制化を達成することができる。また、家庭の単相負荷２０に供給される２相の電圧を所定の電圧基準範囲に収束させることが可能となり、家庭の単相負荷２０の性能低下や誤動作を予防することができる。
【００６７】
以上、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、上記の実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る家庭用電圧調整システムの構成を示した図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る家庭用電圧調整システムの全体的な動作の流れを示すフローチャートである。
【００６９】
構成を示した図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る２相選択装置による２相選択動作の一例を説明するための波形図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る力率補償装置による力率補償動作の一例を説明するための波形図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るタップ切替変圧器によるタップ切替動作の一例を説明するための波形図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る家庭用電圧調整システムの構成を示した図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る家庭用電圧調整システムの全体的な動作の流れを示すフローチャートである。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る家庭用電圧調整システムの全体的な動作の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７０】
１０    引込口
２０    単相負荷
１００、２００  家庭用電圧調整システム
１２０、２２０  ２相選択装置
１２２、２２２  制御部
１２４、２２６  ２相選択部
１２５、２２７  電圧線選択部
１２６、２２８  中性線選択部
１４０、２４０  タップ切替変圧器
１４２、２４２  タップ付変圧器
１４４、２４４  タップ切替器
１６０、２６０  力率補償装置
１６２、２６２  制御部
１６４、２６４  力率補償器
【図２】
2010110041.tif 000003
【図３】
2010110041.tif 000004
【図４】
2010110041.tif 000005
【図５】
2010110041.tif 000006
【図７】
2010110041.tif 000007
【図８】
2010110041.tif 000008
【図１】
2010110041.tif 000009
【図６】
2010110041.tif 000010