(57)【要約】【課題】三相の電圧の大小関係に関わらず、零相電圧（Ｖ０）の発生を抑制して三相の電圧を調整することが可能な電圧調整装置を提供する。【解決手段】電圧調整装置は、三相の交流電圧を電源から負荷に配電する配電線に三相分の二次巻線が直列に接続されており、一次巻線がデルタ結線されている直列変圧器と、二次巻線に複数のタップを有し、前記配電線における前記直列変圧器の接続位置よりも前記負荷側の位置に一次巻線がデルタ結線されており、二次巻線がスター結線されている調整変圧器と、該調整変圧器の二次巻線及び前記直列変圧器の一次巻線の間に設けられており、前記直列変圧器に接続するタップを切り換えるための三相分の切換スイッチを有するタップ切換器とを備える。【選択図】図１
2019080430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相の交流電圧を電源から負荷に配電する配電線に三相分の二次巻線が直列に接続されており、一次巻線がデルタ結線されている直列変圧器と、
二次巻線に複数のタップを有し、前記配電線における前記直列変圧器の接続位置よりも前記負荷側の位置に一次巻線がデルタ結線されており、二次巻線がスター結線されている調整変圧器と、
該調整変圧器の二次巻線及び前記直列変圧器の一次巻線の間に設けられており、前記直列変圧器に接続するタップを切り換えるための三相分の切換スイッチを有するタップ切換器と
を備える電圧調整装置。
【請求項２】
前記直列変圧器は、二次巻線から前記配電線に印加される三相の交流電圧の位相が、標準的なデルタ・スター結線の場合と比較して実質的にπ／３又は４π／３だけ遅れるように結線されている請求項１に記載の電圧調整装置。
【請求項３】
前記切換スイッチは、前記調整変圧器の二次巻線の電圧の極性を切り換えて前記直列変圧器の一次巻線に印加するための極性切換スイッチを含む請求項１又は２に記載の電圧調整装置。
【請求項４】
前記切換スイッチは、サイリスタを含んで構成されている請求項１から３の何れか１項に記載の電圧調整装置。
【請求項５】
前記直列変圧器よりも前記負荷側における前記配電線の三相の電圧を検出する電圧検出部と、
該電圧検出部が検出した三相の電圧の目標電圧に対する偏差を算出し、算出した偏差に基づいて前記切換スイッチにより前記タップを切り換える切換制御部と
を更に備える請求項１から４の何れか１項に記載の電圧調整装置。
【請求項６】
三相の電圧の目標電圧に対する偏差と前記調整変圧器の三相分の変圧比に係る量を関連付けて記憶する記憶部を更に備え、
前記切換制御部は、前記偏差を算出した場合、前記記憶部を参照して三相分のタップの切換先を選択し、前記タップを選択した切換先に切り換える
請求項５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、調整変圧器、タップ切換器及び直列変圧器を用いた配電用の電圧調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆる間接切換方式による電圧調整装置は、二次巻線が配電線に直列に接続される直列変圧器と、二次巻線に複数のタップが設けられた調整変圧器と、調整変圧器のタップを切り換えるタップ切換器と、タップ切換器を制御する切換制御部とを備えている。調整変圧器は、一次巻線が配電線に並列に接続されている。タップ切換器は、調整変圧器の二次巻線の各タップと直列変圧器の一次巻線との間に設けられている。切換制御部は、調整変圧器から直列変圧器に印加される調整電圧を調整して配電線の電圧を目標範囲に保つようにタップ切換器を制御する。
【０００３】
タップ切換器は、直列変圧器の一次巻線に接続するタップを切り換えるタップ切換スイッチと、タップ切換を行う過程でタップ間に流れる矯絡電流を制限する限流抵抗器等の限流素子と、該限流素子のタップ間への接続及び切り離しを行う接離切換スイッチとを有する。タップ切換器は、更に、調整変圧器の二次巻線から直列変圧器の一次巻線に印加する電圧の極性を切り換える極性切換スイッチを有している。タップ切換器は、切換制御部に制御されてこれらの切換スイッチを所定のシーケンスでオンオフすることにより、調整変圧器から直列変圧器の一次巻線に印加する調整電圧の大きさ及び極性を切り換える。
【０００４】
特許文献１や特許文献２に示されているように、切換スイッチに双方向サイリスタ（双方向性を有しており交流をオンオフできるサイリスタ）を用いて、タップ切換器の無接点化を図った配電用の電圧調整装置が知られている。以下、このサイリスタ式の電圧調整器をＴＶＲ（Thyristor type Step Voltage Regulator ）と言う。
【０００５】
従来のＴＶＲは、調整変圧器の二次側をＶ結線とし、直列変圧器の一次側をＹ結線としたＶ−Ｙ結線方式が主流である。特許文献３には、調整変圧器をＶ結線として二相分のタップ切換器を一括制御する従来のＴＶＲをベースに、三相不平衡に対して調整変圧器のＶ結線の二相電圧を監視し、二相のタップ切換器を個別に制御することにより配電線の三相電圧不平衡を改善する三相電圧不平衡対応機能付ＴＶＲが開示されている。
【０００６】
このＴＶＲは、配電線の三相電圧の最大電圧相と最小電圧相に、電圧不平衡対応ＴＶＲの電圧監視相（タップ切換を行える二相）を接続することで、電圧不平衡の改善効果が高まるものである。従って三相電圧の最大電圧相と最小電圧相が時間によって変化する系統（各相に接続する単相の負荷や太陽光発電が大きく変動するようなケース）では期待した効果が得られない。また最大電圧相と最小電圧相が不明な系統に適用する場合には事前に計測調査を行った上でＴＶＲの電圧監視相の接続先を決定する必要がある。
【０００７】
これに対し、調整変圧器の二次側をＹ結線、直列変圧器の一次側をＹ結線としたＹ−Ｙ結線方式が実現されている（例えば特許文献４参照）。このような調整変圧器の二次側がＹ結線のＴＶＲは、三相分のタップ切換器を備えていることから、このタップ切換器を各相について制御すれば三相すべてを個別にタップ切換して三相任意に電圧調整することができ、上記の現行のＶ−Ｙ結線方式の不平衡対応の課題を解消できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−３３５１１９号公報
【特許文献２】特開平８−３３５１２１号公報
【特許文献３】特開２０１７−８５７１５号公報
【特許文献４】特開２０１６−４２２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、Ｙ−Ｙ結線方式で相毎に異なるタップ切換を行った場合、直列変圧器に印加される調整電圧に零相電圧（以下、Ｖ０と言う）が発生し、系統に重畳される電圧にもＶ０が生じることから、変電所の地絡継電器が誤動作する等、Ｖ０発生による別の大きな問題が生じる。上述のとおり、三相の電圧がいかなる大小関係にあってもＶ０を発生させずに三相の電圧を調整することが可能な三相不平衡対応の電圧調整装置は、未だに実現されていない。
【００１０】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、三相の電圧の大小関係に関わらず、Ｖ０の発生を抑制して三相の電圧を調整することが可能な電圧調整装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る電圧調整装置は、三相の交流電圧を電源から負荷に配電する配電線に三相分の二次巻線が直列に接続されており、一次巻線がデルタ結線されている直列変圧器と、二次巻線に複数のタップを有し、前記配電線における前記直列変圧器の接続位置よりも前記負荷側の位置に一次巻線がデルタ結線されており、二次巻線がスター結線されている調整変圧器と、該調整変圧器の二次巻線及び前記直列変圧器の一次巻線の間に設けられており、前記直列変圧器に接続するタップを切り換えるための三相分の切換スイッチを有するタップ切換器とを備える。
【００１２】
本発明にあっては、三相分の二次巻線が三相の配電線に直列接続される直列変圧器の一次巻線がデルタ（Δ）結線されており、三相分の一次巻線が配電線にΔ結線される調整変圧器の二次巻線がスター（Ｙ）結線されている。そして、直列変圧器の一次巻線に対して、調整変圧器の二次巻線のタップから、タップ切換器の切換スイッチを介して調整電圧が印加される。従って、調整変圧器のタップを選択して切り換えることにより、配電線の三相の電圧が調整される。
【００１３】
本発明に係る電圧調整装置は、前記直列変圧器は、二次巻線から前記配電線に印加される三相の交流電圧の位相が、標準的なデルタ・スター結線の場合と比較して実質的にπ／３又は４π／３だけ遅れるように結線されている。
【００１４】
本発明にあっては、配電線の三相の交流電圧に対して直列変圧器の二次巻線から直列に印加される交流電圧の位相が、標準的なデルタ・スター（Δ−Ｙ）結線の場合と比較して実質的に６０°又は６０°＋１８０°だけ遅れるように結線されている。これにより、Δ−Ｙ結線の調整変圧器及び直列変圧器夫々における３０°の位相の進みと上記６０°の位相の遅れが実質的に相殺される。更に、調整変圧器で生成された調整電圧を直列変圧器で変圧した電圧が、配電線の交流電圧に対して同位相又は逆移相に近づくようにして加算される。
【００１５】
本発明に係る電圧調整装置は、前記切換スイッチは、前記調整変圧器の二次巻線の電圧の極性を切り換えて前記直列変圧器の一次巻線に印加するための極性切換スイッチを含む。
【００１６】
本発明にあっては、直列変圧器の一次巻線に印加される調整電圧の極性が極性切換スイッチによって任意に切り換え可能であるため、配電線の三相の電圧の不平衡を調整する際の自由度が高い。
【００１７】
本発明に係る電圧調整装置は、前記切換スイッチは、サイリスタを含んで構成されている。
【００１８】
本発明にあっては、切換スイッチにサイリスタが用いられているため、タップの切り換えが高速に行える上にタップの寿命を考慮する必要がない。
【００１９】
本発明に係る電圧調整装置は、前記直列変圧器よりも前記負荷側における前記配電線の三相の電圧を検出する電圧検出部と、該電圧検出部が検出した三相の電圧の目標電圧に対する偏差を算出し、算出した偏差に基づいて前記切換スイッチにより前記タップを切り換える切換制御部とを更に備える。
【００２０】
本発明にあっては、調整変圧器の二次巻線のタップから直列変圧器の一次巻線に印加される調整電圧によって調整された三相の配電線の電圧が検出されて目標電圧と比較され、比較結果である偏差に基づいて切換スイッチが制御されてタップが切り換えられる。これにより、配電線の三相の電圧の偏差がゼロに近づくようにフィードバック制御される。
【００２１】
本発明に係る電圧調整装置は、三相の電圧の目標電圧に対する偏差と前記調整変圧器の三相分の変圧比に係る量を関連付けて記憶する記憶部を更に備え、前記切換制御部は、前記偏差を算出した場合、前記記憶部を参照して三相分のタップの切換先を選択し、前記タップを選択した切換先に切り換える。
【００２２】
本発明にあっては、配電線の三相の電圧の目標電圧に対する偏差を算出し、算出した偏差に応じて記憶部から読み出した変圧比に係る量に基づいてタップの切換先を選択し、選択した切換先に応じた切換スイッチを制御する。これにより、切換制御部の実行時に上述の調整電圧をベクトル演算で求める必要がなくなる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、三相の電圧の大小関係に関わらず、Ｖ０の発生を抑制して三相の電圧を調整することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態１に係る電圧調整装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】実施形態１に係る電圧調整装置における調整変圧器及び直列変圧器間の三相の結線関係を視覚的に示す説明図である。
【図３】実施形態１に係る電圧調整装置における調整変圧器及び直列変圧器夫々に印加又は誘起される電圧ベクトルを示すベクトル図である。
【図４】直列変圧器の結線の変更方法を説明するための説明図である。
【図５】直列変圧器を標準的なΔ−Ｙ結線にて接続した場合を説明するための電圧調整装置のブロック図である。
【図６】直列変圧器を図１の場合と同等なΔ−Ｙ結線にて接続してある電圧調整装置の第１例のブロック図である。
【図７】直列変圧器を図１の場合と同等なΔ−Ｙ結線にて接続してある電圧調整装置の第２例のブロック図である。
【図８】電圧調整装置における調整変圧器及び直列変圧器夫々に印加又は誘起される電圧ベクトルを他の観点から示すベクトル図である。
【図９】変形例１に係る電圧調整装置における調整変圧器及び直列変圧器夫々に印加又は誘起される電圧ベクトルを示すベクトル図である。
【図１０】直列変圧器の結線の変更方法を説明するための説明図である。
【図１１】変形例２に係る電圧調整装置の構成例を示すブロック図である。
【図１２】実施形態２に係る電圧調整装置の構成例を示すブロック図である。
【図１３】実施形態２に係る電圧調整装置で配電線の電圧を調整する切換制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図１４】検証に用いた配電系統のモデルを示す説明図である。
【図１５】タップ位置が異なる制御種別毎に二次側電圧及び内部回路電流を解析した結果を示す図表である。
【図１６】検証に用いた実験回路の構成を示すブロック図である。
【図１７】複数の制御種別の例についてタップ位置の選択を模式的に示す説明図である。
【図１８】三相一括降圧の場合における電圧調整装置の一次側及び二次側の線間電圧の計測結果を示す波形図である。
【図１９】個別降圧の場合における電圧調整装置の一次側及び二次側の線間電圧の計測結果を示す波形図である。
【図２０】個別昇降圧の場合における電圧調整装置の一次側及び二次側の線間電圧の計測結果を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明をその実施形態を示す図面に基づいて詳述する。
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る電圧調整装置の構成例を示すブロック図である。図中１ｕ，１ｖ，１ｗは、電源から負荷（何れも不図示）へＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電圧を紙面の右向きに配電する配電線である。電圧調整装置は、配電線１ｕ，１ｖ，１ｗ夫々に二次巻線２１２，２２２，２３２が直列に接続される直列変圧器２と、配電線１ｕ，１ｖ，１ｗに一次巻線３１１，３２１，３３１がΔ結線される調整変圧器３と、調整変圧器３の二次巻線３１２，３２２，３３２及び直列変圧器２の一次巻線２１１，２２１，２３１の間に設けられたタップ切換器４とを備える。
【００２６】
電圧調整装置は、また、Δ−Ｙ結線された三相の計測用変圧器５を介して配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの電圧を検出する電圧検出部６２と、該電圧検出部６２が検出した電圧を表示して使用者の操作を受け付けるための操作表示部６３と、該操作表示部６３によって受け付けた操作に基づいて、後述する切換スイッチＳ１，Ｓ２，・・Ｓ６，ＳＳ及び電磁接触器ＭＣに、駆動部６４を介して駆動信号を与える切換制御部６１とを備える。切換スイッチＳ１，Ｓ２，・・Ｓ６は、何れも極性切換スイッチとして機能する。
【００２７】
電圧検出部６２は、配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの線間電圧を検出するものであるが、Δ−Ｙ結線以外の結線方式で結線された計測用変圧器を介して相電圧を検出してもよい。また、計測用変圧器５に代えて、調整変圧器３の一次巻線３１１，３２１，３３１夫々に対応する三次巻線を設けておき、この三次巻線を介して電圧検出部６２が配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの電圧を検出してもよいし、電圧調整装置とは別に配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの電圧を検出してもよい。
【００２８】
直列変圧器２は、二次巻線２１２，２２２，２３２夫々に一次巻線２１１，２２１，２３１が対応している。一次巻線２１１，２２１，２３１はΔ結線されている。二次巻線２１２，２２２，２３２夫々の上記負荷側の端子に対応する一次巻線２１１，２２１，２３１の端子をｕ１，ｖ１，ｗ１とする。また、二次巻線２１２，２２２，２３２夫々の上記電源側の端子に対応する一次巻線２１１，２２１，２３１の端子をｕ２，ｖ２，ｗ２とする。
【００２９】
調整変圧器３は、一次巻線３１１が配電線１ｕ，１ｖ間に、一次巻線３２１が配電線１ｖ，１ｗ間に、一次巻線３３１が配電線１ｗ，１ｕ間に夫々接続されている。即ち、一次巻線３１１，３２１，３３１が配電線１ｕ，１ｖ，１ｗに対してΔ結線されている。一次巻線３１１，３２１，３３１夫々には二次巻線３１２，３２２，３３２が対応している。
【００３０】
二次巻線３１２，３２２，３３２の夫々は、一端及び他端から引き出されたタップｔａ及びｔｃと，タップｔａ及びｔｃの間から引き出された中間のタップｔｂとを有する。二次巻線３１２，３２２，３３２夫々が有するタップｔａ〜ｔｃの何れか１つが、タップ切換器４を介して直列変圧器２の一次側の端子ｕ１，ｖ１，ｗ１と、端子ｖ２，ｗ２，ｕ２とに接続される。
【００３１】
タップ切換器４は、調整変圧器３の二次巻線３１２，３２２，３３２夫々が有するタップｔａ，ｔｂ，ｔｃを切り換えるための６つの切換スイッチＳ１，Ｓ２，・・Ｓ６を三相分有する。二次巻線３１２，３２２，３３２夫々のタップｔａは、保護用のヒューズＦを介して切換スイッチＳ１，Ｓ４の一端に接続されている。二次巻線３１２，３２２，３３２夫々のタップｔｂは、保護用のヒューズＦを介して切換スイッチＳ２，Ｓ５の一端に接続されている。二次巻線３１２，３２２，３３２夫々のタップｔｃは、切換スイッチＳ３，Ｓ６の一端に接続されている。切換スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３は他端同士が接続されている。切換スイッチＳ４，Ｓ５，Ｓ６は他端同士が接続されている。
【００３２】
二次巻線３１２のタップｔａ，ｔｂ，ｔｃ夫々が一端に接続される切換スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３の他端同士は、直列変圧器２の一次側の端子ｕ１及びｖ２に接続されている。二次巻線３１２のタップｔａ，ｔｂ，ｔｃ夫々が一端に接続される切換スイッチＳ４，Ｓ５，Ｓ６の他端同士は、中性点Ｎに接続されている。二次巻線３２２のタップｔａ，ｔｂ，ｔｃ夫々が一端に接続される切換スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３の他端同士は、直列変圧器２の一次側の端子ｖ１及びｗ２に接続されている。二次巻線３２２のタップｔａ，ｔｂ，ｔｃ夫々が一端に接続される切換スイッチＳ４，Ｓ５，Ｓ６の他端同士は、中性点Ｎに接続されている。二次巻線３３２のタップｔａ，ｔｂ，ｔｃ夫々が一端に接続される切換スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３の他端同士は、直列変圧器２の一次側の端子ｗ１及びｕ２に接続されている。二次巻線３３２のタップｔａ，ｔｂ，ｔｃ夫々が一端に接続される切換スイッチＳ４，Ｓ５，Ｓ６の他端同士は、中性点Ｎに接続されている。
【００３３】
切換スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３の他端同士と、切換スイッチＳ４，Ｓ５，Ｓ６の他端同士との間には、限流抵抗器Ｒ及び切換スイッチＳＳの直列回路と、電磁接触器ＭＣとが並列に接続されている。切換スイッチＳＳは、切換スイッチＳ１，Ｓ２，・・Ｓ６によってタップｔａ，ｔｂ，ｔｃを切り換える過程で、限流抵抗器Ｒを介してタップ間を矯絡させておくために、タップ間への限流抵抗器Ｒの接続及び切り離しを行うためのものである。電磁接触器ＭＣは、切換スイッチＳ１，Ｓ２，・・Ｓ６及びＳＳによってタップｔａ，ｔｂ，ｔｃを切り換える運用が停止されている間に、直列変圧器２の一次側の端子ｕ１，ｖ１間、端子ｖ１，ｗ１間及び端子ｗ１，ｕ１間を矯絡して、開放状態にしないようにするためのものである。
【００３４】
タップｔｂに対するタップｔａの電圧は、例えばタップｔｃに対するタップｔｂの電圧の２倍となるようにしてあるが、これに限定されるものではない。このように構成された調整変圧器３のタップｔａ，ｔｂ，ｔｃを選択することにより、タップｔｃに対するタップｔｂの電圧に対して２倍（タップｔbに対するタップｔａ）、３倍（タップｔｃに対するタップｔａ）、−１倍（タップｔｂに対するタップｔｃ）、−２倍（タップｔａに対するタップｔｂ）及び−３倍（タップｔａに対するタップｔｃ）の電圧を取り出すことができる。即ち、調整変圧器３から取り出される相対的な調整電圧を１、−１、２、−２、３及び−３から選択することができる。
【００３５】
本実施形態１では、例として図１に黒で塗りつぶした切換スイッチＳ２，Ｓ６のみをオンにしてタップｔｂ，ｔｃを選択することにより、二次巻線３１２，３２２，３３２夫々から取り出される調整電圧の比を１：１：１とする。以下では、二次巻線３１２のタップｔｂ，ｔｃ夫々に対応する端子をＵ１，Ｕ２とし、二次巻線３２２のタップｔｂ，ｔｃ夫々に対応する端子をＶ１，Ｖ２とし、二次巻線３３２のタップｔｂ，ｔｃ夫々に対応する端子をＷ１，Ｗ２とする。ここでの例によれば、端子Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２が中性点Ｎに接続され、端子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１から調整電圧が取り出されるが、例えば調整電圧の比を−１：−１：−１とする場合は、端子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１が中性点Ｎに接続され、端子Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２から調整電圧が取り出される。
【００３６】
次に、端子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１と、端子ｕ１，ｕ２，ｖ１，ｖ２，ｗ１，ｗ２との接続関係及び電圧の関係について説明する。図２は、実施形態１に係る電圧調整装置における調整変圧器３及び直列変圧器２間の三相の結線関係を視覚的に示す説明図である。図３は、実施形態１に係る電圧調整装置における調整変圧器３及び直列変圧器２夫々に印加又は誘起される電圧ベクトルを示すベクトル図である。図４は、直列変圧器２の結線の変更方法を説明するための説明図である。本明細書では、ベクトルを表す文字列に対するドットの表記を省略する。
【００３７】
図１を参照して、図２における接続関係を説明すると、端子Ｕ１は、切換スイッチＳ２を介して端子ｕ１及びｖ２に接続されている。端子Ｖ１は、切換スイッチＳ２を介して端子ｖ１及びｗ２に接続されている。端子Ｗ１は、切換スイッチＳ２を介して端子ｗ１及びｕ２に接続されている。図３の紙面右側に示すベクトル図では、配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの相電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗを実線で表し、線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕを破線で表す。以下、相電圧Ｅｕの位相を基準相とする。なお、図面上の凡例は、ベクトルで表される電圧が発生若しくは誘起する部位又は印加される部位を表す（以下同様）。
【００３８】
Δ結線された調整変圧器３の一次巻線３１１，３２１，３３１夫々には、線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕが印加されるから、図３の紙面左側の実線及び図２に示すように、Ｙ結線された二次巻線３１２，３２２，３３２夫々には、線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕと同位相で大きさが比例する電圧Ｅ’ｕ，Ｅ’ｖ，Ｅ’ｗが誘起する。これらの電圧Ｅ’ｕ，Ｅ’ｖ，Ｅ’ｗが、破線で示すように、Δ結線された直列変圧器２の一次巻線２１１，２２１，２３１に調整電圧として印加される。
【００３９】
図３の紙面左側に破線で示されるように、直列変圧器２の一次巻線２１１，２２１，２３１に印加される三相の調整電圧は、大きさが等しく位相が互いに２π／３だけずれているから、これらの電圧のベクトル和がゼロになる。よって、直列変圧器２の端子ｕ１，ｖ２，ｖ１，ｗ２，ｗ１，ｕ２を通る閉回路には、調整電圧のベクトル和による短絡ループ電流が流れない（図２参照）。そして、三相の調整電圧を直列変圧器２で変圧した電圧が、配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの相電圧に重畳されるため、負荷側の配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの電圧が均等に昇圧される。
【００４０】
なお、タップ切換器４は、切換スイッチＳ１，Ｓ２，・・Ｓ６及びＳＳにサイリスタを用いずに、他の半導体素子、電磁接触器等のスイッチを用いて構成してもよい。また、スイッチを用いたタップ切換器４に代えて、手動式のタップ切換器又はタップ切換台を用いてもよい。この場合であっても、使用者は、操作表示部６３に表示された配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの電圧、又は別途検出した配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの電圧に基づいて切換先のタップｔａ，ｔｂ，ｔｃを選択し、選択した切換先のタップに手動で切り換えればよい。
【００４１】
次に、図４を用いて直列変圧器２における結線の変更について説明する。図５は、直列変圧器２を標準的なΔ−Ｙ結線にて接続した場合を説明するための電圧調整装置のブロック図である。標準的なΔ−Ｙ結線によれば、調整変圧器３の端子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１夫々からの調整電圧Ｅ’ｕ，Ｅ’ｖ，Ｅ’ｗのうち、Ｅ’ｕが直列変圧器２の端子ｕ１，ｗ２に印加され、Ｅ’ｖが端子ｖ１，ｕ２に印加され、Ｅ’ｗが端子ｗ１，ｖ２に印加される。そして、一次巻線２１１，２２１，２３１夫々に対応する二次巻線２１２，２２２，２３２が、配電線１ｕ，１ｖ，１ｗに直列に接続される。図５に示すその他の接続関係については、図１に示すブロック図の場合と同様である。
【００４２】
直列変圧器２の一次巻線２１１，２２１，２３１及び二次巻線２１２，２２２，２３２が、仮に標準的なΔ−Ｙ結線にて接続されている場合、図３の紙面左側に破線で示す端子Ｕ１−Ｖ１間，端子Ｖ１−Ｗ１間，端子Ｗ１−Ｕ１間夫々からの調整電圧が、直列変圧器２の一次巻線２１１，２２１，２３１に印加される。これにより、二次巻線２１２，２２２，２３２には、図４の紙面右側に示すように、上記端子間夫々からの電圧と同位相で大きさが比例する電圧Ｅｕ”，Ｅｖ”，Ｅｗ”が誘起する。これらの電圧Ｅｕ”，Ｅｖ”，Ｅｗ”夫々は、配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの相電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗに対してπ／３（６０°）だけ位相が進んでいる。これは、Δ−Ｙ結線された調整変圧器３及び直列変圧器２夫々にて位相が３０°ずつ進むことに起因している。
【００４３】
ここで、例えばＥｗ”に着目すれば、Ｅｗ”の位相を反転させた−Ｅｗ”が基準相（即ちＥｕ）と同位相になることが分かる（図４の紙面左側参照）。同様に、−Ｅｕ”がＥｖと同位相になり、−Ｅｖ”がＥｗと同位相になることが分かる。このように、電圧Ｅｕ”，Ｅｖ”，Ｅｗ”夫々をπ／３だけ遅らせた電圧と同等な−Ｅｗ”，−Ｅ”ｕ，−Ｅ”ｖを、配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの相電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗに加算すれば、相電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗ夫々と同位相の電圧によって配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの電圧を調整することができる。
【００４４】
図６及び図７の夫々は、直列変圧器２を図１の場合と同等なΔ−Ｙ結線にて接続してある電圧調整装置の第１例及び第２例のブロック図である。図６及び図７に示す直列変圧器２のΔ−Ｙ結線を除くその他の接続関係については、図１に示すブロック図の場合と同様である。上述の考察に従い、Ｅｕ”，Ｅｖ”，Ｅｗ”夫々よりもπ／３だけ位相が遅れている−Ｅｗ”，−Ｅ”ｕ，−Ｅ”ｖを配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの相電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗに加算するには、図５に示す直列変圧器２の二次巻線２１２，２２２，２３２の結線を、図６に示すように変更して調整すればよい。即ち、電圧Ｅ”ｕ，Ｅ”ｖ，Ｅ”ｗ夫々が誘起する二次巻線２１２，２２２，２３２に対する配線の極性を反転して配電線１ｖ，１ｗ，１ｕに直列に接続する。
【００４５】
図６に示す直列変圧器２のΔ−Ｙ結線は、図７に示すように変更することができる。即ち、図６に示す一次巻線２１１，２２１，２３１の夫々と、二次巻線２１２，２２２，２３２の夫々とに接続されている配線を、サイクリックにローテーションすることにより、図７に示す接続となる。より具体的には、一次巻線２１１，２２１，２３１夫々に接続されていた配線を、一次巻線２２１，２３１，２１１に接続換えし、二次巻線２１２，２２２，２３２夫々に接続されていた配線を、二次巻線２２２，２３２，２１２に接続換えする。
【００４６】
図７に示す直列変圧器２のΔ−Ｙ結線は、更に、一次巻線２１１，２２１，２３１の夫々と、二次巻線２１２，２２２，２３２の夫々とに接続されている配線の極性を反転させることにより、図１に示す接続となる。このように、図１に示す直列変圧器２のΔ−Ｙ結線と、図６及び図７に示す直列変圧器２のΔ−Ｙ結線とが同等であることが示された。
【００４７】
次に、図１に示す直列変圧器２のΔ−Ｙ結線を導き出す他の方法について説明する。直列変圧器２の二次巻線２１２，２２２，２３２夫々は、配電線１ｕ，１ｖ，１ｗに直列に接続されているものとする。図８は、電圧調整装置における調整変圧器３及び直列変圧器２夫々に印加又は誘起される電圧ベクトルを他の観点から示すベクトル図である。図８の紙面右側に示すベクトル図は、図３の紙面右側に示すベクトル図と同じである。即ち、配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの相電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗを実線で表し、線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕを破線で表す。
【００４８】
図８の紙面左側の実線に示すように、Ｙ結線された調整変圧器３の二次巻線３１２，３２２，３３２夫々には、線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕと同位相で大きさが比例する電圧Ｖ’ｕｖ，Ｖ’ｖｗ，Ｖ’ｗｕが誘起する。これにより、端子Ｗ１−Ｕ１間，Ｕ１−Ｖ１間，Ｖ１−Ｗ１間夫々に、相電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗと逆方向の電圧−Ｅ’ｕ，−Ｅ’ｖ，−Ｅ’ｗが誘起する（破線を参照）。例えばＥ’ｕは、相電圧Ｅｕと同位相であるから、このＥ’ｕが一次巻線２１１の端子ｕ１−ｕ２間に印加されるようにすればよい。換言すれば、端子Ｗ１とｕ２を接続し、端子Ｕ１とｕ１を接続する。同様に、端子Ｕ１とｖ２，端子Ｖ１とｖ１，端子Ｖ１とｗ２，端子Ｗ１とｗ１を夫々接続する。このようにして、図１に示す直列変圧器２の一次巻線２１１，２２１，２３１に対する接続が導き出される。
【００４９】
（変形例１）
実施形態１では、二次巻線３１２，３２２，３３２夫々について同一のタップから三相の調整電圧を取り出したが、変形例１では、二次巻線３１２，３２２，３３２夫々について相異なるタップから三相の調整電圧を取り出すため、三相の調整電圧の比が１：１：１とは異なるものとなる。変形例１における電圧調整装置のブロック構成は、図１に示すものと同様であるため、実施形態１に対応する箇所には同様の符号を付してその説明を省略する。
【００５０】
例えば、二次巻線３１２，３２２夫々について切換スイッチＳ３，Ｓ５をオンにしてタップｔｃ，ｔｂを選択し、二次巻線３３２について切換スイッチＳ２，Ｓ５をオンにしてタップｔｂのみを選択することにより、二次巻線３１２，３２２，３３２から取り出される三相の調整電圧の大きさの比を−１：−１：０とすることができる。この場合、二次巻線３３２について切換スイッチＳ２，Ｓ５の両方をオンにするのは、直列変圧器２の端子ｕ２，ｗ１を開放状態にせずにゼロの電圧を印加するためである。なお、二次巻線３３２について、切換スイッチＳ１，Ｓ４のみをオンにしてタップｔａのみを選択したり、切換スイッチＳ３，Ｓ６のみをオンにしてタップｔｃのみを選択したりしてもよい。
【００５１】
次にベクトル図を用いて電圧関係について説明する。図９は、変形例１に係る電圧調整装置における調整変圧器３及び直列変圧器２夫々に印加又は誘起される電圧ベクトルを示すベクトル図である。図１０は、直列変圧器２の結線の変更方法を説明するための説明図である。図９の紙面右側に示すベクトル図は、図１及び３の紙面右側に示すベクトル図と同じである。即ち、配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの相電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗを実線で表し、線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕを破線で表す。この線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕ夫々が調整変圧器３の一次巻線３１１，３２１，３３１に印加される。
【００５２】
図９の紙面左側に実線で示すように、Ｙ結線された二次巻線３１２，３２２，３３２夫々には、上記線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕに基づいて大きさが相異なる電圧Ｅ’ｕ，Ｅ’ｖ，Ｅ’ｗが発生する。この電圧Ｅ’ｕ，Ｅ’ｖ，Ｅ’ｗは、上記線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕ夫々と同位相で二次巻線３１２，３２２，３３２に誘起する電圧のＶ０（零相電圧）を基準とする三相電圧であるため、ベクトル和がゼロになる。これらの電圧Ｅ’ｕ，Ｅ’ｖ，Ｅ’ｗが、破線で示すように、Δ結線された直列変圧器２の一次巻線２１１，２２１，２３１に調整電圧として印加される。
【００５３】
図１０に移って、直列変圧器２の一次巻線２１１，２２１，２３１及び二次巻線２１２，２２２，２３２が、仮に標準的なΔ−Ｙ結線にて接続されている場合、図９の紙面左側に破線で示す端子Ｕ１−Ｖ１間，端子Ｖ１−Ｗ１間，端子Ｗ１−Ｕ１間夫々からの調整電圧が、直列変圧器２の一次巻線２１１，２２１，２３１に印加される。これにより、直列変圧器２の二次巻線２１２，２２２，２３２には、図１０の紙面右側に示すように、端子Ｕ１−Ｖ１間，端子Ｖ１−Ｗ１間，端子Ｗ１−Ｕ１間夫々からの電圧と同位相で大きさが比例する電圧Ｅｕ”，Ｅｖ”，Ｅｗ”が誘起する。これらの電圧Ｅｕ”，Ｅｖ”，Ｅｗ”夫々は、配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの相電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗに対して略π／３（６０°）だけ位相が進んでいる。
【００５４】
ここで、実施形態１の図４で説明した場合と同様に図１０の紙面左側に示すとおり、Ｅｕ”，Ｅｖ”，Ｅｗ”夫々よりも略π／３だけ位相が遅れている−Ｅｗ”，−Ｅ”ｕ，−Ｅ”ｖを配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの相電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗに加算すれば、相電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗ夫々と略同位相の電圧によって配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの電圧を容易に調整することができる。以上のことから、配電線１ｕ，１ｖ，１ｗ夫々の相電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗが時々刻々と変化する場合であっても、Ｖ０を変化させないように不平衡電圧を適正に調整することができる。
【００５５】
（変形例２）
実施形態１では、直列変圧器２の二次巻線２１２，２２２，２３２夫々に誘起する電圧−Ｅｗ”，−Ｅ”ｕ，−Ｅ”ｖを配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの相電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗに加算したが、変形例２では、電圧−Ｅｗ”，−Ｅ”ｕ，−Ｅ”ｖを配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの相電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗから減算する。換言すれば、電圧Ｅｗ”，Ｅ”ｕ，Ｅ”ｖを配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの相電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗに加算する。このことは、電圧Ｅｕ”，Ｅｖ”，Ｅｗ”夫々を４π／３だけ遅らせた電圧と同等なＥｗ”，Ｅ”ｕ，Ｅ”ｖを、配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの相電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗに加算することを意味する（図４参照）。
【００５６】
図１１は、変形例２に係る電圧調整装置の構成例を示すブロック図である。本変形例２では、実施形態１の図１に示す場合に対して、直列変圧器２の二次巻線２１２，２２２，２３２夫々に対する配線の極性を反転して配電線１ｖ，１ｗ，１ｕに直列に接続する。これにより、調整変圧器３で生成された調整電圧を変圧した電圧が配電線１ｖ，１ｗ，１ｕの交流電圧に対して逆位相で加算される。従って、タップ切換器４のタップを適当に選択して、調整変圧器３から取り出される相対的な調整電圧の符号（プラス／マイナス）を実施形態１の場合に対して反転させることにより、配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの不平衡電圧を調整する際に、実施形態１の場合と同様の効果を奏する。
【００５７】
本変形例２における直列変圧器２の結線は、図１１の場合に限定されない。例えば、図１に示す直列変圧器２の一次巻線２１１，２２１，２３１夫々に接続されている配線を極性反転させてもよいし、図６又は図７に示す直列変圧器２の一次巻線２１１，２２１，２３１夫々若しくは二次巻線２１２，２２２，２３２夫々に接続されている配線の極性を反転させてもよい。
【００５８】
以上のように実施形態１及び変形例１，２によれば、二次巻線２１２，２２２，２３２夫々が配電線１ｕ，１ｖ，１ｗに直列接続される直列変圧器２の一次巻線２１１，２２１，２３１がΔ結線されており、一次巻線３１１，３２１，３３１が配電線１ｕ，１ｖ，１ｗにΔ結線される調整変圧器３の二次巻線３１２，３２２，３３２がＹ結線されている。そして、直列変圧器２の一次巻線２１１，２２１，２３１に対して、調整変圧器３の二次巻線３１２，３２２，３３２夫々のタップｔａ，ｔｂ，ｔｃから、タップ切換器４の切換スイッチＳ１，Ｓ２，・・Ｓ６を介して調整電圧が印加される。従って、調整変圧器３のタップｔａ，ｔｂ，ｔｃを選択して切り換えることにより、配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの三相の電圧を調整することが可能となる。電圧調整装置を、変電所における負荷時タップ切換変圧器（ＬＲＴ：Load Ratio control Transformer ）や、送電線路における自動電圧調整器（ＳＶＲ：Step Voltage Regulator ）に適用することも可能である。
【００５９】
また、実施形態１及び変形例１，２によれば、配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの三相の交流電圧に対して直列変圧器２の二次巻線２１２，２２２，２３２から直列に印加される交流電圧の位相が、標準的なΔ−Ｙ結線の場合と比較して実質的に６０°又は６０°＋１８０°だけ遅れるように結線されている。従って、Δ−Ｙ結線の調整変圧器３及び直列変圧器２夫々における３０°の位相の進みと上記６０°の位相の遅れを実質的に相殺することができる。更に、調整変圧器３で生成した調整電圧を直列変圧器２で変圧した電圧を、配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの交流電圧に対して同位相又は逆移相に近づけて加算することができる。
【００６０】
また、実施形態１及び変形例１，２によれば、直列変圧器２の一次巻線２１１，２２１，２３１に印加される調整電圧の極性が切換スイッチＳ１，Ｓ２，・・Ｓ６を選択することによって任意に切り換え可能であるため、配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの三相の電圧の不平衡を調整する際の自由度を高くすることができる。
【００６１】
また、実施形態１及び変形例１，２によれば、切換スイッチＳ１，Ｓ２，・・Ｓ６にサイリスタが用いられているため、タップｔａ，ｔｂ，ｔｃの切り換えが高速に行える上にタップｔａ，ｔｂ，ｔｃの寿命を考慮する必要がない。
【００６２】
（実施形態２）
実施形態１は、操作表示部６３によって受け付けた操作に基づいて切換制御部６１がタップｔａ，ｔｂ，ｔｃを切り換えるか、又は使用者が手動式のタップ切換器若しくはタップ切換台を操作する形態であるのに対し、実施形態２は、電圧検出部６２が検出した電圧に基づいて、切換制御部６１が自動的にタップｔａ，ｔｂ，ｔｃを切り換える形態である。図１２は、実施形態２に係る電圧調整装置の構成例を示すブロック図である。実施形態２に係る電圧調整装置は、図１に示す実施形態１に係る電圧調整装置と比較して、操作表示部６３が削除されており、記憶部６５が追加されている。操作表示部６３が削除されていなくてもよい。
【００６３】
記憶部６５は、配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの三相分の電圧の目標電圧に対する偏差と、調整変圧器３の三相分の変圧比に係る量とを関連付けて記憶するものである。記憶部６５は、その記憶内容が切換制御部６１から参照可能となるように切換制御部６１と接続されているが、記憶部６５が切換制御部６１に含まれていてもよい。
【００６４】
記憶部６５には、三相分の偏差と三相分の変圧比の変化量とを関連付けて記憶してあるが、例えば調整変圧器３のタップｔａ，ｔｂ，ｔｃに通番が付されている場合は、三相分の偏差と三相分のタップの切換数とを関連付けて記憶してもよい。その他、実施形態１に対応する箇所には同様の符号を付して、その説明を省略する。
【００６５】
以下では、上述した切換制御部６１の動作を、それを示すフローチャートを用いて説明する。以下に示す処理は、切換制御部６１に含まれる不図示のＲＯＭ（Read Only Memory）に予め格納されている制御プログラムに従って、不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit）により実行される。
【００６６】
図１３は、実施形態２に係る電圧調整装置で配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの電圧を調整する切換制御部６１の処理手順を示すフローチャートである。この処理手順は、例えば４〜５秒毎に周期的に実行される。切換制御部６１に含まれる不図示のＲＡＭ（Random Access Memory）には、三相分の現在の変圧比が記憶されているものとする。
【００６７】
図１３の処理が起動された場合、切換制御部６１の（以下同様）ＣＰＵは、負荷側の配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの三相分の線間電圧又は相電圧を電圧検出部６２から取得し（Ｓ１１）、取得した三相分の電圧について目標電圧に対する偏差を算出する（Ｓ１２）。
【００６８】
次いで、ＣＰＵは、偏差に関連付けて記憶部６５に記憶されている内容（変圧比の変化量）を読み出して、三相分のタップｔａ，ｔｂ，ｔｃの切換先を選択する（Ｓ１３）。タップｔａ，ｔｂ，ｔｃの切換先を選択するには、ＲＡＭに記憶されている現在の変圧比に読み出した変化量を加算し、加算結果の変圧比に応じたタップを選択すればよい。加算結果の三相分の変圧比は、現在の変圧比を更新するものとしてＲＡＭに記憶される。
【００６９】
その後、ＣＰＵは、三相分の切換スイッチＳＳをオンしておき（Ｓ１４）、三相分の切換スイッチＳ１，Ｓ２,・・Ｓ６をオフした（Ｓ１５）後に、選択した切換先のタップに応じた切換スイッチをオンする（Ｓ１６）。次いで、ＣＰＵは、三相分の切換スイッチＳＳをオフした（Ｓ１７）後、図１３の処理を終了する。
【００７０】
なお、上述のフローチャートにあっては、記憶部６５に、三相分の偏差と三相分の変圧比の変化量とを関連付けて記憶してあることを前提としたが、これに限定されるものではない。例えば、記憶部６５に、三相分の偏差と三相分のタップの切換数とを関連付けて記憶してある場合は、ＲＡＭに三相分の現在のタップ番号を記憶し、ステップＳ１２で算出した偏差に関連付けて記憶部６５に記憶されているタップの切換数を、ＲＡＭに記憶した現在のタップ番号に加算し、加算結果のタップ番号に応じたタップを選択すればよい。加算結果の三相分のタップ番号は、現在のタップ番号を更新するものとしてＲＡＭに記憶することとなる。
【００７１】
以上のように本実施形態２によれば、調整変圧器３の二次巻線３１２，３２２，３３２のタップｔａ，ｔｂ，ｔｃから直列変圧器２の一次巻線２１１，２２１，２３１に印加される調整電圧によって調整された三相の配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの電圧が電圧検出部６２で検出されて目標電圧と比較され、比較結果である偏差に基づいて切換スイッチＳ１，Ｓ２，・・Ｓ６が制御されてタップｔａ，ｔｂ，ｔｃが切り換えられる。従って、配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの電圧の偏差がゼロに近づくようにフィードバック制御することが可能となる。
【００７２】
また、実施形態２によれば、配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの三相の電圧の目標電圧に対する偏差を算出し、算出した偏差に応じて記憶部６５から読み出した変圧比の変化量に基づいてタップｔａ，ｔｂ，ｔｃの切換先を選択し、選択した切換先に応じた切換スイッチＳ１，Ｓ２，・・Ｓ６を制御する。従って、切換制御部６１の実行時に上述の調整電圧をベクトル演算で求める必要がなくなる。
【００７３】
（シミュレーション）
以下では、実施形態１に係る電圧調整装置による配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの電圧調整をシミュレーションによって検証した結果について説明する。図１４は、検証に用いた配電系統のモデルを示す説明図である。このモデルでは、三相電源１００から三相負荷１１０に三相の交流電圧を配電する配電線１ｕ，１ｖ，１ｗに、直列変圧器２及び調整変圧器３が接続されている。調整変圧器３は、タップ切換器（不図示）及び電流計測部１０３を介して直列変圧器に接続されている。
【００７４】
三相電源１００は、線間電圧を３０Ｖとし、周波数を５０Ｈｚとする。三相の交流電圧は、初期状態が三相の平衡状態にあるものとする。三相負荷１１０は、１００Ωの抵抗がΔ結線された平衡な負荷である。直列変圧器２は、変圧比を１０（１０：１）とし、調整変圧器３は、変圧比を１（１：１）とする。不図示のタップ切換器は、３段のタップ（素通し，昇圧，降圧）を有する。一般的に、ＴＶＲのタップ段数は、素通し、昇圧：３段、及び降圧：３段の計７段であり、段数の増加は調整量の増大に寄与するが、原理的には素通し、昇圧：１段、及び降圧：１段を含む計３段のタップで場合を尽くして解析できるため、ここでは３段のタップを用いる。
【００７５】
上述の構成にて、電圧調整装置の一次側（即ち三相電源１００側）及び二次側（即ち三相負荷１１０側）夫々の電圧を電圧計測部１０１及び１０２で計測した結果と、調整変圧器３の二次巻線３１２、３２２、３３２から直列変圧器２の一次巻線２１１，２２１，２３１に流れる三相の内部回路電流を電流計測部１０３で計測した結果とをシミュレーションによって解析した。解析におけるサンプリング周期は１００μｓとし、解析時間は０〜５秒とした。
【００７６】
図１５は、タップ位置が異なる制御種別毎に二次側電圧及び内部回路電流を解析した結果を示す図表である。図１５には、１０通りの制御種別について解析した一次側の電圧と、二次側の電圧及び調整電圧と、一次側及び二次側の零相電圧（Ｖ０）の差異と、内部回路電流とを数値で示してある。制御種別は、タップ位置の選択に応じて三相素通し、三相一括降圧、素通しの線間を含む個別降圧、個別昇降圧、素通しの線間を含む個別昇圧、及び三相一括昇圧の６種類に分け、そのうち、個別降圧を２通りに、個別昇降圧を３通りに、個別昇圧を２通りに分けて解析した。タップ位置の選択を示す数値については、実施形態１で説明した通りである。なお、制御種別における「素通し」は、調整電圧の大きさを０とするタップ位置を選択することを表す。
【００７７】
図表中のタップ位置に係るＵＶ線間，ＶＷ線間，ＷＵ線間夫々は、調整変圧器３の二次巻線３１２，３２２，３３２のタップ位置の選択結果に応じた調整電圧の相対的な大きさを表す。二次側電圧に係るＵＶ線間，ＶＷ線間，ＷＵ線間夫々は、二次側の配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの線間電圧を表す。内部回路電流に係るＵ相、Ｖ相、及びＷ相夫々は、調整変圧器３からの調整電圧によって直列変圧器２の端子ｕ１，ｖ２、端子ｖ１，ｗ２、及び端子ｗ１，ｕ２に流入する電流を表す（何れも図１参照）。なお、一次側電圧は、三相電源１００の電圧そのものであり、全ての制御種別について何れの線間も３０．００Ｖである。また、一次側電圧に調整電圧を加算したものが、二次側電圧となる。
【００７８】
図１５に示す解析結果より、何れの制御種別についても、タップ位置の選択結果を示す数値に応じて調整電圧及び二次側電圧が変化していると言える。特にＮｏ．２及び１０の場合は、３つの線間の調整量（調整電圧の絶対値：以下同様）が等しくなっており、三相一括で制御できていることが分かる。Ｎｏ．３，５，８，９の場合は、昇圧又は降圧している線間の調整量が、三相一括の場合と比べれば少ないものの、素通しになっている線間の調整量より多くなっており、狙った方向に調整できていることが分かる。Ｎｏ．４（又は７）の場合は、降圧（又は昇圧）している２つの線間の調整量が等しく、昇圧（又は降圧）している１つの線間より調整量が多いものの、２つの線間と１つの線間とで調整方向が逆になっており、狙った方向に調整できていることが分かる。また、Ｎｏ．６の場合は、昇圧及び降圧している２つの線間の調整量は、三相一括の場合と比べれば少ないものの、素通しになっている線間の調整量より多くなっており、狙った方向に調整できていることが分かる。
【００７９】
零相電圧差異は、全ての制御種別について何れも１０-14 Ｖ程度の値であった。この値は、シミュレーション上の数値計算誤差と考えられ、線間電圧が６６００Ｖである実際の配電系統に適用することで、線間電圧に比例して零相電圧差異が増大したとしても問題のない値であると言える。内部回路電流については、Ｎｏ．１０の三相一括昇圧の場合に最も大きくなり、他の制御種別については、三相一括昇圧の場合よりも小さくなっている。これは抵抗で構成される三相負荷に最も大きい電圧が印加されるＮｏ．１０の場合に、内部回路にも大きな電流が流れるためである。その他の制御種別については、Ｎｏ．１０の場合よりも内部回路電流が小さくなっており、異常電流が発生していないことが分かる。
【００８０】
本シミュレーションでは、電圧調整装置の一次側（三相電源１００側）及び二次側（三相負荷１１０側）夫々の電圧波形と電流波形、並びに調整変圧器３の二次側の電圧（調整電圧）及び電流（内部回路電流）の波形についても検証した。これらの波形の図示は省略するが、何れの波形も短絡や欠相が見られない正常な三相波形であった。
【００８１】
（模擬実験）
以下では、実施形態１係る電圧調整装置による配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの電圧調整時の波形を模擬実験によって検証した結果について説明する。図１６は、検証に用いた実験回路の構成を示すブロック図であり、図１７は、複数の制御種別の例についてタップ位置の選択を模式的に示す説明図である。この実験回路では、上述のシミュレーションの場合と同様に、三相電源１００から三相負荷１１０に三相の交流電圧を配電する配電線１ｕ，１ｖ，１ｗに、模擬の直列変圧器２及び調整変圧器３が接続されている。模擬の調整変圧器３と直列変圧器２との間には、模擬のタップ切換器４が接続されている。
【００８２】
三相電源１００は、線間電圧を３０Ｖとし、周波数を６０Ｈｚとする。三相負荷１１０は、１００Ωの抵抗がΔ結線された平衡な負荷である。直列変圧器２は、変圧比が１０である３つの単相変圧器によって模擬されている。調整変圧器３は、変圧比が１である３つの単相変圧器によって模擬されている。タップ切換器４は、３つの単相変圧器夫々の二次巻線のタップを切り換える３組のスイッチ群によって模擬されている。
【００８３】
直列変圧器２の二次巻線２１２，２２２，２３２夫々に対応する単相変圧器（Ｕ），（Ｖ），（Ｗ）の二次巻線は、端子台Ａの端子ａ及びｂ，端子ｃ及びｄ，端子ｅ及びｆを介して、配電線１ｕ，１ｖ，１ｗに直列に接続されている。直列変圧器２の一次巻線２１１，２２１，２３１夫々に対応する単相変圧器（Ｕ），（Ｖ），（Ｗ）の一次巻線は、端子台Ｂの端子ａ及びｂ，端子ｃ及びｄ，端子ｅ及びｆを介してΔ結線されている。
【００８４】
調整変圧器３の二次巻線３１２，３２２，３３２夫々に対応する単相変圧器（Ｕ），（Ｖ），（Ｗ）の二次巻線は、タップ切換器４を模擬するスイッチ群と、端子台Ｃの端子ａ及びｂ，端子ｃ及びｄ，端子ｅ及びｆとを介してＹ結線されている。調整変圧器３の一次巻線３１１，３２１，３３１夫々に対応する単相変圧器（Ｕ），（Ｖ），（Ｗ）の一次巻線は、端子台Ｄの端子ａ及びｂ，端子ｃ及びｄ，端子ｅ及びｆを介して配電線１ｕ，１ｖ，１ｗにΔ結線されている。
【００８５】
タップ切換器４のタップ段数は、シミュレーションの場合と同様に３段（素通し，昇圧，降圧）とする。従って、タップ切換器４を模擬する各スイッチ群は、調整変圧器３を模擬する３つの単相変圧器（Ｕ），（Ｖ），（Ｗ）夫々の二次巻線における固定的な２つのタップを、端子台Ｃの端子ａ及びｂ，端子ｃ及びｄ，端子ｅ及びｆに並列に接続するか、逆並列に接続するか、素通しにするかの何れかとなるように切り換えを行う。図１６に示す接続は、基本的には実施形態１の図１に示す接続と同様であるため、その他の詳細な説明を省略する。
【００８６】
図１７には、紙面の左側から順に、三相一括降圧、個別降圧及び個別昇降圧夫々の場合について、模擬のタップ切換器４によるタップの選択結果を示してある。三相一括降圧の場合、単相変圧器（Ｕ），（Ｖ），（Ｗ）夫々の二次巻線は、端子台Ｃの端子ａ及びｂ，端子ｃ及びｄ，端子ｅ及びｆに逆並列に接続される。Ｖ，Ｗ相を素通しにする個別降圧の場合、単相変圧器（Ｕ）の二次巻線は、端子台Ｃの端子ａ及びｂに逆並列に接続されるのに対し、単相変圧器（Ｖ），（Ｗ）夫々の二次巻線の一方のタップが、端子台Ｃの端子ｃ及びｄ，端子ｅ及びｆに接続される。Ｕ相を降圧し、Ｗ相を昇圧する個別昇降圧の場合、単相変圧器（Ｕ）の二次巻線は、端子台Ｃの端子ａ及びｂに逆並列に接続され、単相変圧器（Ｖ）の二次巻線の一方のタップが端子台Ｃの端子ｃ及びｄに接続され、単相変圧器（Ｗ）の二次巻線が端子台Ｃの端子ｅ及びｆに並列に接続される。
【００８７】
図１８は、三相一括降圧の場合における電圧調整装置の一次側及び二次側の線間電圧の計測結果を示す波形図である。図１９は、個別降圧の場合における電圧調整装置の一次側及び二次側の線間電圧の計測結果を示す波形図である。図２０は、個別昇降圧の場合における電圧調整装置の一次側及び二次側の線間電圧の計測結果を示す波形図である。図１８，１９，２０夫々には、上段に一次側の線間線圧の波形を示し、下段に二次側の線間電圧の波形を示す。各図の横軸は時間（ｍｓ）を表し、縦軸は線間の電圧（Ｖ）を表す。また、実線はＵ，Ｖ相間の電圧Ｖｕｖを表し、破線はＶ，Ｗ相間の電圧Ｖｖｗを表し、一点鎖線はＷ，Ｕ相間の電圧Ｖｗｕを表す。
【００８８】
図１８では、二次側のＶｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕが一次側に対して一様に低下していることが確認される。図１９では、二次側にてＶｕｖがＶｖｗ及びＶｗｕよりも低下しており、Ｖ，Ｕ線間の電圧が相対的に降圧されていることが確認される。図２０では、二次側にてＶｖｗに対してＶｕｖが低下しすると共にＶｗｕが上昇しており、Ｖ，Ｕ線間の電圧が相対的に降圧され、Ｗ，Ｕ線間の電圧が相対的に昇圧されていることが確認される。
【００８９】
以上のシミュレーション及び模擬実験での検証結果から、本発明によれば、配電線１ｕ，１ｖ，１ｗのＶ０を変化させることなく、任意の線間電圧を個別に制御できることが示された。シミュレーション及び模擬実験では、三相の平衡状態からタップを切り換える制御を行ったが、実際の配電系統で制御を行う場合は、配電系統に生じている電圧の不平衡を是正する向きに制御を行うことで、三相の不平衡を改善できるものと考えられる。よって、三相の最大電圧相と最小電圧相が時間的に変化する配電系統（各相に接続する単相の負荷や太陽光発電装置からの電力等が大きく変動するような系統）に対しても、本発明に係る電圧調整装置を適用することが可能である。また、最大電圧相及び最小電圧相が不明な配電系統においても、電圧調整装置を接続する接続相を決定するための事前の計測調査などは不要であり、任意の位置に本発明に係る電圧調整装置を接続することができる。
【００９０】
今回開示された実施形態は、全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、上述した意味ではなく、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及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、各実施形態で記載されている技術的特徴は、お互いに組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００９１】
１ｕ、１ｖ、１ｗ  配電線
２  直列変圧器
２１１，２２１、２３１  一次巻線
２１２、２２２、２３２  二次巻線
ｕ１、ｖ１、ｗ１  端子
Ｎ  中性点
３  調整変圧器
３１１、３２１、３３１  一次巻線
３１２、３２２、３３２  二次巻線
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、ＳＳ  切換スイッチ
Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２  端子
Ｆ  ヒューズ
ＭＣ  電磁接触器
Ｒ  限流抵抗器
４  タップ切換器
ｔａ、ｔｂ、ｔｃ  タップ
５  計測用変圧器
６１  切換制御部
６２  電圧検出部
６３  操作表示部
６４  駆動部
６５  記憶部
【図１】
2019080430.tif 000003
【図２】
2019080430.tif 000004
【図３】
2019080430.tif 000005
【図４】
2019080430.tif 000006
【図５】
2019080430.tif 000007
【図６】
2019080430.tif 000008
【図７】
2019080430.tif 000009
【図８】
2019080430.tif 000010
【図９】
2019080430.tif 000011
【図１０】
2019080430.tif 000012
【図１１】
2019080430.tif 000013
【図１２】
2019080430.tif 000014
【図１３】
2019080430.tif 000015
【図１４】
2019080430.tif 000016
【図１５】
2019080430.tif 000017
【図１６】
2019080430.tif 000018
【図１７】
2019080430.tif 000019
【図１８】
2019080430.tif 000020
【図１９】
2019080430.tif 000021
【図２０】
2019080430.tif 000022