(57)【要約】【課題】簡易な方法で、配電線の電圧を調整することができる変圧器型の電圧調整装置を提供する。【解決手段】記憶部３は、有効電力の最大値Ｐ、無効電力の最大値Ｑ、電圧調整責任範囲の配電線の抵抗ＲおよびリアクタンスＸを記憶する。電流計測部６は、配電線を流れる電流を計測する。電圧計測部２は、出力電圧Ｖｓを計測する。制御部４は、計測した電流が第１の閾値を超える場合であって、Ｖｓ−Ｐ・Ｒ／Ｖｓが下限値未満のときには、出力電圧Ｖｓを増加させ、計測した電流が第１の閾値以下である第２の閾値未満である場合であって、Ｖｓ＋Ｑ・Ｘ／Ｖｓが上限値を超えるときには、出力電圧Ｖｓを減少させる。【選択図】図２
2014230436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有効電力の最大値Ｐ、無効電力の最大値Ｑ、電圧調整責任範囲の配電線の抵抗ＲおよびリアクタンスＸを記憶する記憶部と、
前記配電線を流れる電流を計測する電流計測部と、
出力電圧Ｖｓを計測する電圧計測部と、
前記電流が第１の閾値を超える場合であって、Ｖｓ−Ｐ・Ｒ／Ｖｓが下限値未満のときには、出力電圧Ｖｓを増加させ、前記電流が前記第１の閾値以下である第２の閾値未満である場合であって、Ｖｓ＋Ｑ・Ｘ／Ｖｓが上限値を超えるときには、出力電圧Ｖｓを減少させる制御部とを備えた、変圧器型の電圧調整装置。
【請求項２】
前記記憶部は、季節、月、曜日、祝日かどうかおよび時間帯の何れか少なくとも１つで区分した期間ごとに複数の前記有効電力の最大値Ｐおよび前記無効電力の最大値Ｑを記憶し、
前記制御部は、現在の日時に対応する期間の前記有効電力の最大値Ｐおよび前記無効電力の最大値Ｑを前記記憶部から読み出し、前記読み出した前記有効電力の最大値Ｐおよび前記無効電力の最大値Ｑに基づいて、前記出力電圧Ｖｓを制御する、請求項１記載の変圧器型の電圧調整装置。
【請求項３】
前記有効電力の最大値Ｐおよび前記無効電力の最大値Ｑは一定値である、請求項１記載の変圧器型の電圧調整装置。
【請求項４】
外部から送信される前記有効電力の最大値Ｐ、前記無効電力の最大値Ｑ、前記配電線の抵抗Ｒ、前記配電線のリアクタンスＸの何れか少なくとも一つを受信して前記記憶部に出力する通信部を備える、請求項１記載の変圧器型の電圧調整装置。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器型の電圧調整装置に関し、特に、配電線の電圧調整に用いられる変圧器型の電圧調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
配電系統の電圧は、配電用変電所の負荷時タップ切替器付変圧器（ＬＲＴ：Load Ratio Tap-changer）のタップ切り替えやステップ電圧調整装置（ＳＶＲ：Step Voltage Regulator）のタップ切り替えによって制御される。負荷時タップ切替器付変圧器およびステップ電圧調整装置のように、変圧比を決めるタップを変更することで電圧を調整する装置を変圧器型の電圧調整装置と呼ぶ。
【０００３】
従来の変圧器型の電圧調整装置では、通過する有効電力および無効電力などと整定パラメータを用いて出力電圧を決めている。整定パラメータは、配電系統の各点の電圧上下限値までの電圧余裕の最小値が最大となるような出力電圧と、通過する有効電力および無効電力とを重回帰分析して求めている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、従来の変圧器型の電圧調整装置では、電圧が配電線の末端で低下することを前提に計算している。しかし、配電系統内に設置される進相コンデンサの量が増加しており、軽負荷時には配電系統内の力率は進み力率になり、末端の電圧が上昇する場合が増加している。また、太陽光発電装置の増加による逆潮流が発生して配電線の電圧が高くなる場合も多くなっている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２２０２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の変圧器型の電圧調整装置は、出力電圧と自装置を通過する有効電力および無効電力の相関係数を重回帰分析により求めるため、計算量が多くなるという問題がある。
【０００７】
それゆえに、本発明の目的は、簡易な方法で、配電線の電圧を調整することができる変圧器型の電圧調整装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある局面の変圧器型の電圧調整装置は、有効電力の最大値Ｐ、無効電力の最大値Ｑ、電圧調整責任範囲の配電線の抵抗ＲおよびリアクタンスＸを記憶する記憶部と、前記配電線を流れる電流を計測する電流計測部と、自装置の出力電圧Ｖｓを計測する電圧計測部と前記電流が第１の閾値を超える場合であって、Ｖｓ−Ｐ・Ｒ／Ｖｓが下限値未満のときには、出力電圧Ｖｓを増加させ、前記電流が第１の閾値以下である第２の閾値未満である場合であって、Ｖｓ＋Ｑ・Ｘ／Ｖｓが上限値を超えるときには、出力電圧Ｖｓを減少させる制御部を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、簡易な方法で、配電線の電圧を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】変圧器型の電圧調整装置が適用される配電系統の例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における変圧器型の電圧調整装置の構成をステップ電圧調整装置の場合で説明する図である。
【図３】変圧器型の電圧調整装置からの距離に応じて、配電線の電圧が変化するようすを表わす図である。
【図４】本発明の実施の形態１における変圧器型の電圧調整装置において出力電圧の調整手順を表わすフローチャートである。
【図５】本発明の第２の実施の形態における変圧器型の電圧調整装置の構成をステップ電圧調整装置の場合で説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
［第１の実施形態］
図１は、変圧器型の電圧調整装置が適用される配電系統の例を示す図である。
【００１２】
変電所に設置された配電用変圧器１２の２次側の母線には遮断器１１を介して配電線１０が接続する。配電線は通常は複数本であるが、図を見やすくするために、図１では１本の配電線だけを描いている。配電線１０には、複数の開閉器ＳＷ１〜ＳＷ５が設けられている。なお、開閉器の数は図１では５個としているが、４個以下または６個以上の場合もある。遮断器１１または開閉器ＳＷ１〜ＳＷ５で区切られる配電線の各区間には、図示しない負荷および分散電源が接続される。なお、区間によっては負荷だけ、または分散電源だけが接続される。
【００１３】
配電用変圧器１２がある側を配電線１０の電源側または上流側と呼び、配電用変圧器１２がない側を負荷側または下流側と呼ぶ。
【００１４】
配電用変圧器１２は、負荷電流を流した状態で二次側電圧を変更できる負荷時タップ切替器付変圧器（Load Ratio Control Transformer：ＬＲＴ）である。配電線１０では、配電用変圧器１２だけでは配電線の電圧を適正に維持できない場合があるため、開閉器ＳＷ３と開閉器ＳＷ４の間に、ステップ電圧調整装置（Step Voltage Regulator：ＳＶＲ）１３が設けられている。なお、ＳＶＲが設置されていない配電線の方が多い。長い配電線で電圧降下が著しい場合は、２台以上のＳＶＲが設置される場合もある。ＬＲＴまたはＳＶＲを、変圧器型の電圧調整装置と呼ぶ。変圧器側の電圧調整装置は、その２次側の系統範囲の電圧を調整する。なお、２次側の系統範囲に別の変圧器型の電圧調整装置がある場合は、その手前までの系統範囲の電圧を調整する。変圧器型の電圧調整装置が電圧を調整する系統範囲を、電圧調整責任範囲と呼ぶ。
【００１５】
図２は、ＳＶＲ１３の構成を表わす図である。つまり、図２は、本発明の第１の実施の形態における変圧器型の電圧調整装置の構成をステップ電圧調整装置の場合で説明する図である。ＳＶＲ１３は、変圧器５と、制御部であるタップ切替制御部４と、記憶部３と、電圧計測部２と、電流計測部６とを備える。配電用変圧器１２も、同様な構成である。
【００１６】
記憶部３は、ＳＶＲ１３（自装置）を通過する有効電力の最大値Ｐ、ＳＶＲ１３を通過する無効電力の最大値Ｑを記憶する。記憶部３は、さらに、ＳＶＲ１３による電圧調整責任範囲の配電線１０の抵抗ＲおよびリアクタンスＸを記憶する。つまり、ＳＶＲ１３の場合は、この抵抗ＲおよびリアクタンスＸは、自装置から配電線１０の末端までの配電線の抵抗およびリアクタンスである。配電用変圧器１２の場合は、自装置からＳＶＲ１３までの配電線の抵抗およびリアクタンスである。第１の実施形態では、有効電力の最大値Ｐおよび無効電力の最大値Ｑは、時間的に変化させず、一定値とする。過去に季節、曜日、および時間帯を変えて計測した中での、有効電力Ｐは最大値、無効電力Ｑは進みの最大値の計測値あるいは計測された最大値を基に算出した想定する最大値を用いる。
【００１７】
電圧計測部２は、ＳＶＲ１３の二次側電圧Ｖｓの大きさを計測する。電圧計測部２は、計器用変圧器１と、計測部２２とを含む。計器用変圧器１は、変圧比に従って、電圧Ｖｓを降圧した電圧を生成する。計測部２２は、電圧を計測し、計測値から変圧比に基づいて、ＳＶＲ１３の二次側電圧Ｖｓの大きさを求める。
【００１８】
電流計測部６は、ＳＶＲ１３の出力側の配電線の通過電流Ｉｓを計測する。電流計測部６は、変流器９と、計測部２６とを含む。変流器９は、変流比に従って、通過電流Ｉｓに比例した電流を生成する。計測部２６は、変流器９で変流された電流を計測し、計測値から変流比に基づいて、通過電流Ｉｓの大きさを求める。
【００１９】
変圧器５は、タップ切替制御部４によりタップを切替られることによって変圧比を調整し、一次側電圧に変圧比を掛けた大きさに二次側電圧Ｖｓの大きさを調整する。タップ切替制御部４は、変圧器５の１次側のタップを下げることによって、出力電圧Ｖｓを上げる。タップ切替制御部４は、変圧器５のタップを上げることによって、出力電圧Ｖｓを下げる。
【００２０】
図３は、変圧器型の電圧調整装置からの距離に応じて、配電線の電圧が変化するようすを表わす図である。
【００２１】
図３の特性Ｃ１に示すように、通過電流Ｉｓが大きい場合には、配電線１０は重負荷であると考えられる。その場合には、有効電力の最大値Ｐの影響によって、変圧器型の電圧調整装置からの距離とともに、電圧が降下する。最大で式（１）で示されるΔＶ１だけ電圧が降下すると考えられる。
【００２２】
ΔＶ１＝Ｐ・Ｒ／Ｖｓ  ・・・（１）
図３の特性Ｃ２に示すように、通過電流Ｉｓが小さい場合には、配電線１０は軽負荷であると考えられ、無効電力の最大値Ｑの影響によって、変圧器型の電圧調整装置からの距離とともに、電圧が増加する。最大で式（２）で示されるΔＶ２だけ電圧が増加すると考えられる。
【００２３】
ΔＶ２＝Ｑ・Ｘ／Ｖｓ・・・（２）
タップ切替制御部４は、計測した通過電流Ｉｓが所定の第１の閾値ＴＨ１を超える場合には、自装置による電圧調整責任範囲の末端の電圧降下ΔＶ１を式（１）によって計算する。
【００２４】
タップ切替制御部４は、式（３）の条件を満たす場合に、変圧器５のタップを下げることによって、出力電圧Ｖｓを上げる。ここにＶＬは、出力電圧Ｖｓに対する電気事業法で定められた下限値をもとに電力会社で定めている電圧管理値の下限値を高圧換算した値である。
【００２５】
Ｖｓ−ΔＶ１＜ＶＬ・・・（３）
タップ切替制御部４は、計測した通過電流Ｉｓが第２の閾値ＴＨ２未満の場合には、自装置による電圧調整責任範囲の末端の電圧上昇ΔＶ２を式（２）によって計算する。なお、第２の閾値ＴＨ２は、第１の閾値ＴＨ１以下に設定する。
【００２６】
タップ切替制御部４は、式（４）の条件を満たす場合に、変圧器５のタップを上げることによって、出力電圧Ｖｓを下げる。ここにＶＵは、出力電圧Ｖｓに対する電気事業法で定められた上限値をもとに電力会社で定めている電圧管理値の上限値を高圧換算した値である。
【００２７】
Ｖｓ＋ΔＶ２＞ＶＵ  ・・・（４）
図４は、本発明の実施の形態１における変圧器型の電圧調整装置において出力電圧の調整手順を表わすフローチャートである。
【００２８】
ステップＳ１０１において、電流計測部６は、通過電流Ｉｓを計測する。
ステップＳ１０２において、電圧計測部２は、出力電圧Ｖｓを計測する。
【００２９】
ステップＳ１０３において、タップ切替制御部４は、計測した電流Ｉｓと第１の閾値ＴＨ１とを比較する。
【００３０】
計測した電流Ｉｓが第１の閾値ＴＨ１を超える場合には（ステップＳ１０３でＹＥＳ）、ステップＳ１０４に進み、計測した電流Ｉｓが第１の閾値ＴＨ１以下の場合には（ステップＳ１０３でＮＯ）、ステップＳ１０６に進む。
【００３１】
ステップＳ１０６において、タップ切替制御部４は、計測した電流Ｉｓと第２の閾値ＴＨ２とを比較する。計測した電流Ｉｓが第２の閾値ＴＨ２未満の場合には（ステップＳ１０６でＹＥＳ）の場合には、ステップＳ１０７に進む。計測した電流Ｉｓが第２の閾値ＴＨ２以上である場合には（ステップＳ１０６でＮＯ）、処理を終了する。
【００３２】
ステップＳ１０４において、タップ切替制御部４は、有効電力の最大値Ｐと、抵抗Ｒを用いて、計測した電圧Ｖｓの大きさを評価する。タップ切替制御部４は、Ｖｓ−Ｐ・Ｒ／Ｖｓが下限値ＶＬ未満のときには（ステップＳ１０４でＹＥＳ）、ステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５において、タップ切替制御部４は、変圧器５のタップを下げることによって、出力電圧Ｖｓを上げる。Ｖｓ−Ｐ・Ｒ／Ｖｓが下限値ＶＬ以上のときには（ステップＳ１０４でＮＯ）、処理を終了する。
【００３３】
ステップＳ１０７において、タップ切替制御部４は、無効電力の最大値Ｑと、リアクタンスＸを用いて、計測した電圧Ｖｓの大きさを評価する。タップ切替制御部４は、Ｖｓ＋Ｑ・Ｘ／Ｖｓが上限値ＶＵを超えるときには（ステップＳ１０７でＹＥＳ）、ステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８において、タップ切替制御部４は、変圧器５のタップを上げることによって、出力電圧Ｖｓを下げる。Ｖｓ＋Ｑ・Ｘ／Ｖｓが上限値ＶＵ以下のときには（ステップＳ１０７でＮＯ）、処理を終了する。
【００３４】
以上のように、本実施の形態によれば、自装置を通過する有効電力の最大値Ｐと無効電力の最大値Ｑ、自装置の電圧調整責任範囲の配電線の抵抗Ｒ、および自装置の電圧調整責任範囲の配電線のリアクタンスＸを用いた簡単な計算で、配電線の電圧を調整することができる。
【００３５】
［第２の実施形態］
第１の実施形態では、自装置を通過する有効電力の最大値Ｐ、自装置を通過する無効電力の最大値Ｑ、自装置の電圧調整責任範囲の配電線の抵抗Ｒ、および自装置の電圧調整責任範囲の配電線のリアクタンスＸを予め自装置内の記憶部に設定しておくようにした。これに対して、本実施の形態では、上記のデータを遠隔で設定できるようにする。
【００３６】
図５は、本発明の第２の実施の形態における変圧器型の電圧調整装置の構成をステップ電圧調整装置の場合で説明する図である。
【００３７】
図５に示すように、本実施の形態のステップ電圧調整装置ＳＶＲは、通信部５０を備える。通信部５０は、外部から送信される自装置を通過する有効電力の最大値Ｐ、自装置を通過する無効電力の最大値Ｑ、自装置の電圧調整責任範囲の配電線の抵抗Ｒ、および自装置の電圧調整責任範囲の配電線のリアクタンスＸの何れか少なくとも一つを受信して、記憶部３に格納する。
【００３８】
本実施の形態によれば、系統構成、負荷条件などが変化した場合でも適切に対応できる。
【００３９】
［第３の実施形態］
第１の実施形態では。出力電圧の判定に用いる有効電力の最大値Ｐ、無効電力の最大値Ｑは常に一定値とした。これに対して、本実施の形態では、記憶部３は、季節、月、曜日、祝日かどうかおよび時間帯の何れか少なくとも１つで区分した期間ごとに複数の有効電力の最大値Ｐおよび無効電力の最大値Ｑを記憶する。
【００４０】
タップ切替制御部４は、現在の日時に対応する期間の有効電力の最大値Ｐ、無効電力の最大値Ｑを記憶部３から読み出して、読み出した第１の実施形態と同様にして、式（１）および式（３）、あるいは式（２）および式（４）に従って、変圧器５のタップを制御する。
【００４１】
本実施の形態によれば、第１の実施形態よりも精度良く出力電圧の調整が可能となる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４２】
１  計器用変圧器、２  電圧計測部、３  記憶部、４  タップ切替制御部、５  変圧器、６  電流計測部、９  変流器、１１  遮断器、１２  配電用変圧器、２２，２６  計測部、５０  通信部、１３  ステップ電圧調整装置（ＳＶＲ）、ＳＷ１〜ＳＷ５  開閉器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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