(57)【要約】負荷側電圧の電圧値を予め設定した値に調整して安定電圧の供給及び節電を行う電圧制御装置である。電圧制御装置は、制御演算手段２３が電圧検出手段２２で検出した測定電圧と設定値より負荷側電圧を設定値に一致させるように前記オートトランス１を切り替え制御するので、設定値に極めて近く安定した電圧を供給ができ、降圧させた電圧に比例して使用電力を節減できる。
2003047065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配電線を介して電圧を供給される需要家の構内に配設され、前記供給される電圧を所定の巻線比率に基づいて前記供給する電圧を変化させるオートトランスと、前記オートトランスの電源側又は負荷側の少なくともいづれか一方から電圧を検出して測定電圧として出力する電圧検出手段と、配電線を介して需要家側に供給される電圧の所定期間における最高値及び最低値を検出し、当該最低値より低く且つ前記需要家の負荷の定格電圧より高い値に設定される設定値に一致するように前記負荷側電圧を前記オートトランスを制御する制御演算手段とを備えることを特徴とする電圧制御装置。
【請求項２】
前記請求項１記載の電圧制御装置において、前記電圧検出手段から測定電圧が入力され、当該測定電圧と前記定格電圧以上で且つ設定値未満に設定される下限値とを比較し、当該下限値以下になった場合に前記オートトランスを配電線が分離し、当該配電線の電源側電流を直接需要家側へ供給するように制御する監視手段を備えることを特徴とする電圧制御装置。
【請求項３】
前記請求項１または２記載の電圧制御装置において、前記オートトランスが、異なる巻数の巻線を接続される各タップを備え、前記制御演算手段が、前記各タップ間の切り替え毎に設定される期間で且つ、前記制御演算手段によりオートトランスのタップ切り替えの実行を判定する前に待機する期間である応答時間に基づいて前記負荷側電圧を設定値に一致させるためにタップを切り替え制御することを特徴とする電圧制御装置。
【請求項４】
前記請求項３記載の電圧制御装置において、前記制御演算手段が、設定値を範囲に含み、許容可能な電圧幅に設定される許容範囲及び測定電圧に基づいて前記応答時間を決定し、当該決定された応答時間に基づいてタップを切り替えることを特徴とする電圧制御装置。
【請求項５】
前記請求項３または４記載の電圧制御装置において、前記制御演算手段が、設定値を範囲に含み、負荷側の必須の電圧幅に設定される制限範囲を測定電圧が逸脱した場合にオートトランスのタップ切り替えを実行することを特徴とする電圧制御装置。
【請求項６】
前記請求項１ないし５のいずれかに記載の電圧制御装置において、前記制御演算手段が、前記測定電圧が所定の範囲を逸脱した場合にその際の事前及び／又は事後の測定電圧からなる傾向情報に基づいてオートトランスのタップ切り替えの制御を行うことを特徴とする電圧制御装置。
【請求項７】
前記請求項１ないし５のいずれかに記載の電圧制御装置において、前記制御演算手段が、前記測定電圧が範囲を逸脱した場合にその際の事前及び／又は事後の測定電圧からなる傾向情報と現時点における所定時間の測定電圧とに基づいてオートトランスのタップ切り替えの制御を行うことを特徴とする電圧制御装置。
【請求項８】
前記請求項６または７に記載の電圧制御装置において、前記傾向情報が、前記範囲を逸脱した際の事前及び／又は事後の測定電圧から求まる変動周期及び／又は変化率からなることを特徴とする電圧制御装置。
【請求項９】
前記請求項１ないし８記載の電圧制御装置において、前記オートトランスが、少なくとも、前記最高値と設定値との差及び／又は前記最低値と設定値との差の降圧を行うことができることを特徴とする電圧制御装置。
【請求項１０】
電源側から電力の供給を受ける需要家の幹線回路が複数に分岐した分岐回路毎に前記請求項１ないし９に記載の電圧制御装置を備えることを特徴とする電圧制御システム。
【請求項１１】
前記請求項１０に記載の電圧制御システムにおいて、前記電圧制御装置を制御する総制御部を備え、当該総制御部が制御をする場合に、個々の電圧制御装置の制御より総制御部の制御を優先されることを特徴とする電圧制御システム。
【請求項１２】
前記請求項１０に記載の電圧制御システムにおいて、前記分岐回路毎の電圧制御装置に制御演算手段を設けることなく、当該電圧制御装置を制御する総制御部を備えることを特徴とする電圧制御システム。
【発明の詳細な説明】
分野
本発明は、負荷側電圧の電圧値を予め設定した値に調整して安定電圧の供給及び節電を行う電圧制御装置に関する。また、本発明は、複数の設定電圧を有し、電源側から供給される電圧をそれぞれの設定電圧に調整する電圧制御システムに関する。
背景技術
一般に、電力会社から供給される電源側電圧は、送電中の電圧降下が見込まれており、基準電圧を上回る電圧が需要家に供給されている。しかし、電気製品工業規格により多くの電気機器は基準電圧の１０％範囲内で動作するように製作されてため、基準電圧より多くの電圧が供給されている状態で電気機器を使用することもでき、結果的に機器に流れる電流量も多くなり必要以上の電力を消費していることになる。そこで、電源側電圧を変圧器により適切な設定電圧に降圧させて需要家へ負荷側電圧として供給する電圧制御装置が、従来より用いられてきた。この従来の電圧制御装置としては、特開平８−２５５０２６号公報に開示されるものがあり、これを図１５に全体回路構成図として示す。
この図１５において従来の電圧制御装置は、オートトランス１００で降圧した電源側１２０からの電源電圧を負荷側１１０に供給して節電を行い、電圧設定回路１０５で設定した電圧値を下回る不足電圧を発生した時には、制御回路１０２により電磁接触器１０７が前記オートトランス１００のタップを切替え、このオートトランス１００をバイパスさせて電源電圧を負荷側１１０に供給すると共に、不足電圧発生直前の電流検出回路１０４及び電圧検出回路１０３で検出した負荷側１１０の電圧値及び電流値を記憶回路１０６に記憶し、不足電圧発生状態が復帰した時には再び前記節電動作を行う構成である。
従来の電圧制御装置は以上のように構成されていたことから、設定電圧に一致させるために、測定電圧が設定電圧に一致していない場合に、即座に又は一定の時間をおいてタップの切り替え制御を行っており、不必要な場合のタップの切り替えも多く行っており、極めて安定した一定の電圧を供給できると共に十分な節電効果が得られないという課題を有していた。
また、従来の電圧制御装置は以上のように構成されていたことから、電源より幹線回路を介して供給される電圧を設定電圧に降圧し、この設定電圧に一律に降圧した電圧を分岐回路を介してそれぞれの負荷に供給しており、多種の負荷が分岐回路に接続され、それぞれの負荷毎に定格電圧が異なるにも拘らず、供給される電圧は一の設定電圧に基づいて制御され、十分な節電効果が得られないという課題を有する。
本発明は前記課題を解消するためになされたもので、不必要な場合のタップの切り替えを抑制し、極めて安定した一定の電圧を供給できると共に十分な節電効果が得られる電圧制御装置を提案することを目的とする。また、本発明は、分岐回路に接続される負荷それぞれに応じた電圧を供給すると共に、十分な節電効果が得られる電圧制御装置を提供することを目的とする。
発明の開示
本発明に係る電圧制御装置は、配電線を介して電圧を供給される需要家の構内に配設され、前記供給される電圧を所定の巻線比率に基づいて供給する電圧を変化させるオートトランスと、前記オートトランスの電源側又は負荷側の少なくともいづれか一方から電圧を検出して測定電圧として出力する電圧検出手段と、配電線を介して需要家側に供給される電圧の所定期間における最高値及び最低値を検出し、当該最低値より低く且つ前記需要家の負荷の定格電圧より高い値に設定される設定値に一致するように前記負荷側電圧を前記オートトランスを制御する制御演算手段とを備えるものである。このように本発明においては、前記制御演算手段が、前記電圧検出手段で検出した測定電圧と設定値より負荷側電圧を設定値に一致させるように前記オートトランスを切り替え制御するので、設定値に極めて近く安定した電圧を供給ができ、降圧させた電圧に比例して使用電力を節減できる。
また、本発明に係る電圧制御装置は必要に応じて、前記電圧検出手段から測定電圧が入力され、当該測定電圧と前記定格電圧以上で且つ設定値未満に設定される下限値とを比較し、当該下限値以下になった場合に前記オートトランスを配電線が分離し、当該配電線の電源側電流を直接需要家側へ供給するように制御する監視手段を備えるものである。このように本発明においては、前記監視手段は、前記測定電圧が下限値を下回った場合に前記オートトランスの降圧を止めて電源側電流を直接需要家側へ供給するので、前記制御演算手段がオートトランスを制御することで電圧の過剰な低下を招いて機器が正常に動作しないという状態を防止することができる。
また、本発明に係る電圧制御装置は必要に応じて、前記オートトランスが、異なる巻数の巻線を接続される各タップを備え、前記制御演算手段が、前記各タップ間の切り替え毎に設定される期間で且つ、前記制御演算手段によりオートトランスのタップ切り替えの実行を判定する前に待機する期間である応答時間に基づいて前記負荷側電圧を設定値に一致させるためにタップを切り替え制御するものである。このように本発明においては、制御演算手段がタップの切り替え毎に設定される応答時間の経過中に電圧検出手段による測定電圧を読み出して当該測定電圧と設定値とからオートトランスの切り替え制御を行っているので、導入環境に合わせ、切り替え頻度の高いオートトランスのタップへの切り替えは短い応答時間とし、切り替え頻度の低いオートトランスのタップへの切り替えは長い応答時間とすることで、タップの使用頻度に応じたオートトランスのタップ切り替え制御を行うことができ、環境に応じた節電効果を得ることができる。
また、本発明に係る電圧制御装置は必要に応じて、前記制御演算手段が、設定値を範囲に含み、許容可能な電圧幅に設定される許容範囲及び測定電圧に基づいて前記応答時間を決定し、当該決定された応答時間に基づいてタップを切り替えるものである。このように本発明においては、制御演算手段が電圧検出手段より所定時間の測定電圧を読み出して当該所定時間内の測定電圧中に許容範囲外の電圧を検知した場合に、許容範囲内の測定電圧の期間から求まる周期期間を応答時間として決定するので、それぞれのタップ毎の応答時間を自動的に設定することができ、導入期間の短縮化を実現できると共に、導入環境に変化が生じる毎の保守作業を省くことができる。
また、本発明に係る電圧制御装置は必要に応じて、前記制御演算手段が、設定値を範囲に含み、負荷側の必須の電圧幅に設定される制限範囲を測定電圧が逸脱した場合にオートトランスのタップ切り替えを実行するものである。このように本発明においては、前記制御演算手段が前記制限範囲外の電圧検出手段による測定電圧を検出した場合に応答時間に基づくことなくオートトランスのタップを投入・引外しを行うので、前記制限範囲外の測定電圧を検出すると略同時に制限範囲内の負荷側電圧に変圧でき、供給される電圧が制限範囲を多少逸脱すると故障・破損が即座に発生する電気機器などを使用する環境において、安定した電圧供給を行うことができる。
また、本発明に係る電圧制御装置は必要に応じて、前記制御演算手段が、前記測定電圧が所定の範囲を逸脱した場合にその際の事前及び／又は事後の測定電圧からなる傾向情報に基づいてオートトランスのタップ切り替えの制御を行うものである。このように本発明においては、所定の範囲を測定電圧が逸脱する以前及び／又は以後の測定電圧からなる傾向情報に基づいてオートトランスのタップを切り替えているので、過去の測定電圧の推移から現在の測定電圧の変化を予測できることとなり、所定の範囲を逸脱する以前に設定電圧を維持するように制御できることとなり、極めて安定した省電力の供給ができる。
また、本発明に係る電圧制御装置は必要に応じて、前記制御演算手段が、前記測定電圧が範囲を逸脱した場合にその際の事前及び／又は事後の測定電圧からなる傾向情報と現時点における所定時間の測定電圧とに基づいてオートトランスのタップ切り替えの制御を行うものである。このように本発明においては、前記制御演算手段が、現時点における所定時間の測定電圧と前記傾向情報とを比較することで、オートトランスのタップの切り替え制御を行っているので、範囲外の負荷側電圧に陥る前にタップの切り替えによる変圧ができ、範囲内の負荷側電圧を継続して供給することができる。
また、本発明に係る電圧制御装置は必要に応じて、前記傾向情報が、前記範囲を逸脱した際の事前及び／又は事後の測定電圧から求まる変動周期及び／又は変化率からなるものである。このように本発明においては、前記測定電圧から比較がしやすい変化率及び／又は変動周期を導き出して傾向情報の要素としているので、前記制御演算手段が前記傾向情報を変化率及び／又は変動周期の連続的データという観点で比較することができ、誤断の少ない精度の高いオートトランスのタップ切り替えの制御を行うことができる。
また、本発明に係る電圧制御装置は必要に応じて、前記オートトランスが、少なくとも、前記最高値と設定値との差及び／又は前記最低値と設定値との差の降圧を行うことができるものである。このように本発明においては、前記オートトランスが、少なくとも、前記最高値から設定値まで及び／又は前記最低値から設定値まで降圧を行うことができるので、少なくとも最大限及び／又は最低限の節電効果が得られるようにオートトランスのタップ切り替え回数を少なくして安定電源の供給ができる。
また、本発明に係る電圧制御システムは、電源側から電力の供給を受ける需要家の幹線回路が複数に分岐した分岐回路毎に前記電圧制御装置を備えるものである。このように本発明においては、前記分岐回路毎に電圧制御装置を備えているので、それぞれの幹線回路に接続される多種の負荷に応じて分岐回路毎に複数の設定値を設定でき、負荷に応じた適正な電圧を印加することができると共に、十分な節電効果を得ることができる。
また、本発明に係る電圧制御システムは必要に応じて、前記電圧制御装置を制御する総制御部を備え、当該総制御部が制御をする場合に、個々の電圧制御装置の制御より総制御部の制御を優先されるものである。このように本発明においては、前記分岐回路毎に電圧制御装置を制御する総制御部を備え、当該電圧制御装置の制御より総制御部の制御を優先しているので、総制御部が電圧制御装置の制御演算手段より優先して処理し、更には設定値の変更も行えるので、負荷に応じた適正な電圧を出力することができると共に、総制御部で適切に集中管理することができる。
また、本発明に係る電圧制御システムは必要に応じて、前記分岐回路毎の電圧制御装置に制御演算手段を設けることなく、当該電圧制御装置を制御する総制御部を備えるものである。このように本発明においては、前記分岐回路毎の電圧制御装置に制御演算手段を設けず総制御部を備え、当該総制御部により電圧制御装置を制御しているので、総制御部で適切に集中管理できると共に、それぞれの電圧制御装置が制御演算手段を有しないため安価且つ容易に電圧制御装置を製造することができる。
発明を実施するための最良の形態
（本発明の第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る電圧制御装置を、図１ないし図６に基づいて説明する。図１は本実施形態に係る電圧制御装置の全体ブロック構成図、図２は本実施形態に係る電圧制御装置におけるオートトランスのタップと応答時間及び電圧降下値との相関図、図３は本実施形態に係る電圧制御装置の全体動作フローチャート、図４は本実施形態に係る電圧制御装置の降圧処理フローチャート、図５は本実施形態に係る電圧制御装置の昇圧処理フローチャート、図６は本実施形態に係る電圧制御装置のバイパス処理フローチャートを示す。
前記各図において本実施形態に係る電圧制御装置は、配電線を介して電圧を供給される需要家の構内に配設されると共に、前記供給される電圧を所定の巻線比率に基づいて変圧するオートトランス１と、配電線を介して需要家側に供給される電圧の所定期間における最高値及び最低値を検出し、当該最低値より低く且つ前記需要家の負荷の定格電圧より高い値に設定される設定値Ｖｓ及びその他の設定値を格納するデータ記録手段２１と、前記オートトランス１の負荷側から電圧を測定電圧として検出する電圧検出手段２２と、前記負荷側電圧を設定値に一致するように前記オートトランス１を制御する制御演算手段２３と、測定電圧が下限値以下になった場合にオートトランス１への接続を切ってバイパスを行う監視手段２４とを備える構成である。
前記オートトランス１は、異なる巻数を有するコイルからなり、コイル上のそれぞれの巻数毎にタップが接続され、サイリスタ４を用いたタップの切り替えにより供給側から供給される電圧を降圧して負荷側へ出力するものである。各タップ毎の降圧値は、巻数比を変更することにより設定可能である。
前記その他の設定値は、前記負荷の定格電圧以上で且つ設定値未満に設定される下限電圧Ｖｃと、各タップ間の切り替え毎に設定される期間で且つ、制御演算手段２３がオートトランス１のタップの切り替え実行を判定する前に待機する期間である応答時間ｔａ１、〜、ｔａ５，ｔｂ１、〜、ｔｂ５と、監視手段２４がオートトランス１のタップへの接続を切ってバイパスを行う前に待機する期間であるバイパス開始応答時間Ｔ１及び監視手段２４がバイパスを止めてオートトランス１への接続を回復する前に待機する期間であるバイパス解除応答時間Ｔ２とからなる。
前記応答時間ｔａ１、〜、ｔａ５，ｔｂ１、〜、ｔｂ５は、タップの切り替え毎に設定可能であると共に、図２が示すように、同じタップの切り替え毎でも投入（タップを現時点よりも電圧降下が大きな方へ切り替える）・引外し（タップを現時点よりも電圧降下が小さな方へ切り替える）の別により設定可能である。応答時間を設定する場合需要家の環境に大きく左右されることとなり、例えば、大量の電力を消費する電気機器を短時間に使用する環境では応答時間をその機器の使用時間より十分大きく設定することで、その電気機器の使用時間には電圧制御装置の制御が行われなくなり、十分な電圧を保持したまま従来通りに動作可能となる。逆に、精密な機器を使用する環境では応答時間を小さくすることで、安定した電圧供給が行われ、電圧による機器の不具合の発生を防止することができる。
前記制御演算手段２３は、電圧検出手段２２により検出される測定電圧と設定値を比較し、測定電圧が設定値より高い場合は投入し、測定電圧が設定値より低い場合は引外し、設定値に負荷側電圧を一致させるように動作する。
前記監視手段２４は、測定電圧と下限値とを比較して測定電圧が下限値を下回るようになった場合に、オートトランス１への接続を切ってバイパスする動作を常時行う。
次に、本実施形態に係る電圧制御装置の動作についてオートトランス１の制御動作であるメイン処理及びメイン処理と並行して同時に繰り返し実行され、オートトランス１への接続を切り電源側より供給される電圧をそのまま負荷側へ供給するバイパス処理に分けて説明する。
まず、前提として導入前の所定期間における需要家側に供給される電圧を測定し、この導入の前測定電圧における最小電圧Ｖｍｉｎから需要家の負荷の定格電圧までの範囲内から設定値Ｖｓを決定してデータ記録手段２１に設定すると共に、負荷の最小定格電圧から設定値Ｖｓまでの範囲から下限電圧Ｖｃを決定してデータ記録手段２１に格納する。同様に、応答時間ｔａ１、〜、ｔａ５，ｔｂ１、〜、ｔｂ５、バイパス開始応答時間Ｔ１及びバイパス解除応答時間Ｔ２も導入環境に応じてデータ記録手段２１に格納する。また、前記導入前測定電圧の最大電圧Ｖｍａｘと設定値Ｖｓとの差以上の変圧を行え、且つ、１タップの切り替えで導入前の測定電圧における最小電圧Ｖｍｉｎと設定値Ｖｓとの差以上の変圧を行えるオートトランス１を使用する。
以下各処理で使用される電圧サンプリング処理は電圧検出手段２２により数秒毎に負荷側電圧を何回か検出し、複数の検出した負荷側電圧を平均して平均電圧を出力する処理である。
まず、メイン処理の説明を図３に基づいて行う。電圧検出手段２２により検出された測定電圧を読み取り（ステップ１）、測定電圧と設定値Ｖｓとを前記制御演算手段２３で比較判定する（ステップ２）。測定電圧が設定値Ｖｓより大きいと判定された場合には、オートトランス１のタップを投入して負荷側電圧を降圧させる降圧処理を行う（ステップ３）。測定電圧が設定値Ｖｓより小さいと判定された場合には、オートトランス１のタップを引き外して負荷側電圧を昇圧させる昇圧処理を行う（ステップ４）。最後に前記制御演算手段２３で制御継続かどうかを判定し（ステップ５）、制御継続の場合は前記ステップ１に戻り、制御継続でない場合は本メイン処理を終了する。
前記降圧処理は、図４に示すように前記電圧サンプリング処理を行い平均電圧を電圧検出手段２２が求め（ステップ３１）、設定値Ｖｓと平均電圧とを比較判定する（ステップ３２）。平均電圧が設定値Ｖｓより大きくないと判定した場合には何も行わず降圧処理を終了し、平均電圧が設定値Ｖｓより大きいと判定した場合には降圧処理に移行してからの経過時間が現在接続されているタップ及び投入方向のタップに対応する応答時間（例えば、現在のタップが図２上のタップｂである場合は、投入方向のタップｃとタップｂとに対応する応答時間としてはｔａ２となる。）以上であるかについて判定する（ステップ３３）。
降圧処理に移行してからの経過時間が応答時間以上でない場合は前記ステップ３１に戻り、応答時間以上である場合はサイリスタ４に投入指示を送信し（ステップ３４）、電流の振幅が０になる時点を検索する０クロス検索を行い（ステップ３５）、電流の振幅が０になった時点でサイリスタ４を用いてオートトランス１のタップの投入を行う（ステップ３６）。
前記昇圧処理は図５に示すように、前記電圧サンプリング処理を行い平均電圧を電圧検出手段２２が求め（ステップ４１）、設定値Ｖｓと平均電圧とを比較判定する（ステップ４２）。平均電圧が設定値Ｖｓより小さくないと判定した場合何も行わず昇圧処理を終了し、平均電圧が設定値Ｖｓより小さいと判定した場合昇圧処理に移行してからの経過時間が現在接続されているタップ及び引外し方向のタップに対応する応答時間（例えば、現在のタップが図２上のタップｃである場合は、引外し方向のタップｂとタップｃとに対応する応答時間としてはｔｂ２となる。）以上であるかについて判定する（ステップ４３）。昇圧処理に移行してからの経過時間が応答時間以上でない場合は前記ステップ４１に戻り、応答時間以上である場合はサイリスタ４に引外し指示を送信し（ステップ４４）、電流の振幅が０になる時点を検索する０クロス検索を行い（ステップ４５）、電流の振幅が０になった時点でサイリスタ４を用いてオートトランス１のタップの引外しを行う（ステップ４６）。
次に、前記バイパス処理について説明を図６に基づいて行う。同図において、まず電圧サンプリング処理を行って平均電圧を求め（ステップ１１）、下限値と平均電圧とを比較判定する（ステップ１２）。平均電圧が下限値より小さくないと判定した場合何も行わずバイパス処理を終了し、平均電圧が下限値より小さいと判定した場合バイパス処理に移行してからの経過時間がバイパス開始応答時間Ｔ１以上であるかについて判定する（ステップ１３）。
このバイパス処理に移行してからの経過時間がバイパス開始応答時間Ｔ１以上でない場合は前記ステップ１１に戻り、バイパス開始応答時間Ｔ１以上である場合は電磁接触器３１、３２を用いてオートトランス１への接続を切ってバイパスさせ、電源側より供給される電圧をそのまま負荷側へ供給する（ステップ１４）。次に、電圧サンプリング処理を行い平均電圧を求め（ステップ１５）、下限値と平均電圧とを比較判定する（ステップ１６）。
平均電圧が下限値より小さいと判定した場合は前記ステップ１５に戻り、下限値より大きいと判定した場合は下限値より大きくなった状態に移行してからの経過時間がバイパス解除応答時間Ｔ２以上であるかについて判定する（ステップ１７）。前記ステップ１７において経過時間がバイパス解除応答時間Ｔ２以上経過していない場合前記ステップ１５に戻り、経過時間がバイパス解除応答時間Ｔ２以上経過している場合は電磁接触器３１、３２を用いてバイパスを止めてオートトランス１への接続を回復する（ステップ１８）。
このように本実施形態に係る電圧制御装置によれば、制御演算手段２３がタップの切り替え毎に設定される応答時間ｔａ１、〜、ｔａ５，ｔｂ１、〜、ｔｂ５の経過中に電圧サンプリング処理により平均電圧を読み出して当該平均電圧と設定値Ｖｓとからオートトランス１の切り替え制御を行っているので、需用者の導入環境に合わせ、切り替え頻度の高いオートトランス１のタップへの切り替えは短い応答時間ｔａ１、〜、ｔａ５，ｔｂ１、〜、ｔｂ５とし、切り替え頻度の低いオートトランス１のタップへの切り替えは長い応答時間とすることで、タップの使用頻度に応じたオートトランス１のタップ切り替え制御を行うことができ、節電効果を得ることができる。
なお、本実施形態に係る電圧制御装置においては、電圧サンプリング処理で平均電圧を求めているが、測定電圧を代用しても制御動作を実行することができる。
（本発明の第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る電圧制御装置を、図７または図８に基づいて説明する。図７は本実施形態に係る電圧制御装置の動作フローチャート、図８は本実施形態に係る電圧制御装置における測定情報と周期期間との相関図を示す。
本実施形態に係る電圧制御装置は前記第１の実施形態に係る電圧制御装置と同様な構成とし、この構成に加えて、制御演算手段２３が設定値Ｖｓを範囲に含み、許容可能な電圧幅に設定される許容範囲Ｖａ−Ｖｂ及び測定電圧に基づいて前記応答時間Ｔ３を決定して前期データ記録手段２１に更新する構成である。
次に、本実施形態に係る電圧制御装置の動作について説明する。本実施形態に係る電圧制御装置の動作は、前記第１の実施形態と同様に動作を行い、この動作に加えて、同時並行して繰り返し、制御演算手段２３が許容範囲Ｖａ−Ｖｂに基づいて前記応答時間Ｔ３を決定して前期データ記録手段２１に更新する処理を行うものである。予め、前記許容範囲Ｖａ−Ｖｂと電圧制御装置が正常に動作できる応答時間Ｔ３である応答時間有効範囲とをデータ記録手段２１に格納しておく。
まず、前記制御演算手段２３は所定時間における測定電圧を測定情報として前記電圧検出手段２２より読み出し（ステップ５１）、この測定情報中に許容範囲Ｖａ−Ｖｂ以外の電圧があるかどうかを判定する（ステップ５２）。測定情報中に許容範囲Ｖａ−Ｖｂ以外の電圧がないと判定した場合は前記ステップ５１に戻り、測定情報中に許容範囲Ｖａ−Ｖｂ以外の電圧があると判定した場合は測定情報中に図８に示す許容範囲超過期間（制限範囲を超える期間）終了時から次の許容範囲超過開始時までの時間を周期期間（図８を参照）として次々に演算する（ステップ５３）。この演算により一以上の周期期間を平均化して平均周期期間を演算し（ステップ５４）、この演算した平均周期期間が応答時間有効範囲内にあるかどうかを判定し（ステップ５５）、応答時間有効範囲内にない場合は前記ステップ５１に戻り、応答時間有効範囲内にある場合はメイン処理の動作の一時停止を待ち（ステップ５６）、前記平均周期期間を応答時間としてデータ記録手段の応答時間に更新する（ステップ５７）。
このように本実施形態に係る電圧制御装置によれば、制御演算手段２３が電圧検出手段２２より所定時間の測定電圧を測定情報として読み出して当該測定情報中に許容範囲Ｖａ−Ｖｂ以外の電圧を検知した場合に、許容範囲Ｖａ−Ｖｂ以内の電圧に含まれる測定情報の期間から求まる周期期間を応答時間としてデータ記録手段に格納するので、それぞれのタップ毎の応答時間を自動的に設定することができ、導入期間の短縮化を実現できると共に、導入環境に変化が生じる毎の保守作業を省くことができる。
（本発明の第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る電圧制御装置を、図９に基づいて説明する。図９は本実施形態に係る電圧制御装置の動作フローチャートを示す。
本実施形態に係る電圧制御装置は前記第２の実施形態に係る電圧制御装置と同様な構成とし、この構成に加えて、制御演算手段２３により設定値Ｖｓ及び許容範囲Ｖａ−Ｖｂを範囲に含み、負荷側の必須の電圧幅に設定される制限範囲ＶＴａ−ＶＴｂから測定電圧が逸脱した場合にオートトランス１のタップを応答時間に基づくことなく切り替える構成である。
次に、本実施形態に係る電圧制御装置の動作について説明する。本実施形態に係る電圧制御装置の動作は、前記第２の実施形態と同様に動作を行い、この動作に加えて、同時並行して繰り返し、制御演算手段２３が制限範囲外の測定電圧を読み出した場合に応答時間に拘らずオートトランス１のタップを切り替えを行うものである。予め、前記制限範囲ＶＴａ−ＶＴｂをデータ記録手段２１に格納しておく。
まず、前記測定電圧を読み出し（ステップ６１）、測定電圧が制限範囲ＶＴａ−ＶＴｂ以外かどうかについて判定する（ステップ６２）。測定電圧が制限範囲ＶＴａ−ＶＴｂである場合は前記ステップに戻り、制限範囲ＶＴａ−ＶＴｂでない場合は制限範囲ＶＴａ−ＶＴｂ中で最大値である最大制限範囲値より測定電圧が大きいかどうかについて判定し（ステップ６３）、測定電圧が最大制限範囲値より大きいと判定した場合はメイン処理の動作の一時停止を待ち（ステップ６４）、より大きな降圧値を得るためサイリスタ４に投入指示を行い（ステップ６５）、電流の振幅が０になる時点を検索する０クロス検索を行い（ステップ６６）、電流の振幅が０になった時点でサイリスタ４を用いてオートトランス１のタップの投入を行う（ステップ６７）。
前記ステップ６３において、測定電圧が最大制限範囲値より大きくないと判定した場合はメイン処理の動作の一時停止を待ち（ステップ６８）、より小さな降圧値を得るためサイリスタ４に引外し指示を行い（ステップ６９）、電流の振幅が０になる時点を検索する０クロス検索を行い（ステップ７０）、電流の振幅が０になった時点でサイリスタ４を用いてオートトランス１のタップの引外しを行う（ステップ７１）。
このように本実施形態に係る電圧制御装置によれば、前記制御演算手段２３が前記制限範囲外の電圧検出手段２２による測定電圧を検出した場合に応答時間に基づくことなくオートトランス１のタップを投入・引外しを行うので、前記制限範囲外の負荷側電圧を検出すると略同時に制限範囲内の負荷側電圧に変圧でき、供給電圧の影響を過大に受ける電気機器などを使用する環境において、この電気機器に適合した電圧供給を行うことができる。
（本発明の第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る電圧制御装置を、図１０又は図１１に基づいて説明する。図１０は本実施形態に係る電圧制御装置を各分岐回路に配設した図、図１１は本実施形態に係る電圧制御装置の全体ブロック構成図を示す。
図１０及び図１１において、本実施形態に係る電圧制御装置２０１は、前記各実施形態に係る電圧制御装置と同様にオートトランス１、サイリスタ４、データ記録手段２１、電圧検出手段２２、制御演算手段２３及び電磁接触器３１、３２を共通して構成され、幹線回路２０２から分岐する全ての分岐回路２０３に分岐回路２０３毎に配設される構成である。ここで、一つの分岐回路２０３を介して電力の供給を受ける負荷が複数あって負荷の定格電圧の下限値が異なる場合は、この複数の負荷の定格電圧における定格下限値のうち最も大きい値を、その分岐回路２０３の定格電圧の定格下限値とする。
本実施形態に係る電圧制御装置の動作は、前記各実施形態における電圧制御装置の動作と同様に配設される回路の電圧を降圧するように動作するが、さらに、幹線回路２０２から複数に分岐する分岐回路２０３について定格下限値により各々設定される各設定値に基づいて電圧を制御する。
このように本実施形態に係る電圧制御装置によれば、電圧制御装置２０１を分岐回路２０３毎に配設しているので、安定した電圧を負荷に供給することができると共に、必要以上の電圧を降圧しており消費電力の削減をすることができる。また、幹線回路２０２から分岐する全ての分岐回路２０３に本電圧制御装置２０１を配設しているので、幹線回路２０２上に印加される電圧を幹線回路２０２中に介装される単一のオートトランス１により１つの設定値に基づいて降圧して出力する電圧制御装置と比べ、各分岐回路２０３毎に印加される電圧を各分岐回路２０３に対応して介装されるオートトランス１により分岐回路２０３毎の設定電圧に基づいて降圧して出力した方が、各分岐回路２０３の負荷に応じた緻密な降圧ができ、全体としてより確実且つ十分な節電効果が得られる。
具体的には、幹線回路２０２が２つに分岐して２つの分岐回路２０３を形成している場合に、一の分岐回路２０３に接続される複数の電気機器の中で定格電圧の下限値が９９．５［ｖ］であり、この一の分岐回路２０３に対応する設定値を９９．８［ｖ］と決定し、他の分岐回路２０３に接続される複数の電気機器中で定格電圧の下限値が９５．０［ｖ］であり、この他の分岐回路３に対応する設定値を９６．０［ｖ］と決定し、それぞれの設定値に応じて制御演算手段２３がオートトランス１を制御することができ、より確実且つ十分な節電効果が得られる。
（本発明の第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態に係る電圧制御装置を、図１２に基づいて説明する。図１２は本実施形態に係る電圧制御システムの全体構成ブロック図である。
本実施形態に係る電圧制御システムは、前記第４の実施形態と同様に幹線回路２０２から複数に分岐した各分岐回路２０３毎に電圧制御装置２０１が配設される構成とされ、この構成に加え、この各電圧制御装置２０１で検出される検出電圧と各電圧制御装置２０１の設定値とを比較して各電圧制御装置２０１のオートトランス１を制御する総制御部２０４と、これら総ての電圧制御装置２０１の設定値、下限電圧及び検出電圧等を格納する総記録部２０５とを備えるものである。
前記総制御部２０４は、前記制御する以外に、各電圧制御装置２０１の設定値及び下限電圧等の設定値を変更し、また、各電圧制御装置２０１の制御演算手段２３の処理より優先して処理を行う。
本実施形態に係る電圧制御システムは、各電圧制御装置２０１が前記第４の実施形態に係る電圧制御装置２０１と同様に動作し、この動作に加えて総制御部２０４が各電圧制御装置２０１の制御演算手段２３の処理よりも優先して処理する。
このように本実施形態に係る電圧制御システムによれば、制御演算手段２３が分岐回路２０３に介装されるオートトランス１により、分岐回路２０３を介して電圧の供給を受ける負荷より決定される設定値に電源側から供給される電圧を降圧して負荷に供給した上で、総制御部２０４が個々の電圧制御装置２０１を制御するので、電圧制御装置２０１の集中管理が容易にできる。
なお、本実施形態に係る電圧制御システムにおいては、予備の電圧制御装置（図示しない）を備え、この予備の電圧制御装置に各分岐回路２０３の電圧制御装置２０１を接続し、この各分岐回路２０３の電圧制御装置２０１に障害が生じた場合に、総制御部２０４が障害の生じた電圧制御装置２０１に代替して予備の電圧制御装置を動作させることもでき、信頼性を向上させることができる。ここで、総制御部２０４は、電圧制御装置２０１毎に、オートトランス１等の温度を検出する温度センサー（図示しない）及び相応する分岐回路２０３の電流を検出する電流検出部（図示しない）を備え、電圧検出手段２２（図１又は図１１を参照）、温度センサー、電流検出部からの出力情報により障害を特定することもできる。
また、本実施形態係る電圧制御システムにおいては、各電圧制御装置２０１が制御演算手段２３及びデータ記録手段２１を有していたが、各電圧制御装置２０１が制御演算手段２３及びデータ記録手段２１を有することなく、総制御部２０４及び総記録部２０５が各電圧制御装置２０１の制御を常時行うこともでき、個々の電圧制御装置２０１を安価に製造することができる。
（その他の実施形態）
なお、前記第１の実施形態において、下限値を下回る電圧を検出した場合に、電圧を下回った時点を含む所定期間における測定電圧からなる傾向情報をデータ記録手段２１に格納し、監視手段２４が現時点を含む所定期間における測定電圧とこの傾向情報とを比較して等価である場合にタップの引外し（必要な場合はバイパス処理への移行）を行うこともでき、下限値より小さな負荷側電圧に陥る前にタップを引外す（必要な場合はバイパス処理を行う）ことで、負荷側電圧が常に下限値より大きな電圧を保持することもできる。
また、前記第２の実施形態において、許容範囲Ｖａ−Ｖｂ以外の電圧を検出した場合に、許容範囲Ｖａ−Ｖｂ以外の電圧になった時点を含む所定期間における測定電圧から変化率を求めて傾向情報の要素としデータ記録手段２１に格納し、制御演算手段２３が現時点を含む所定期間における測定電圧から求めた変化率及び測定電圧とこの傾向情報の変化率及び測定電圧とを常時比較して等価である場合にタップの投入・引外しを行うこともでき、比較する要素を多くしているので精度の高い比較ができ、不適切な投入・引外しを防止することができる。具体的に、この図１３に基づいて、動作の概要の説明を行う。
この図１３は、許容範囲を逸脱した場合に傾向情報の要素としての変化率の一つである平均変化率と傾向情報を利用したオートトランス１の切り替えとを示す動作説明図である。時刻ｔ０［ｓ］で測定電圧が最大許容範囲を逸脱して、時刻ｔ１［ｓ］で前記制御演算手段２３が、前記オートトランス１の切り替えを行って負荷電圧を降圧すると共に、時刻ｔ１［ｓ］の事前及び事後の測定電圧とこの測定電圧から求まる平均変化率とからなる傾向情報をデータ記録手段２１に格納し、時刻ｔ２［ｓ］以前に前記制御演算手段２３が、測定電圧及びこの測定電圧から求まる平均変化率と傾向情報とを比較して等価と判断し、時刻ｔ２［ｓ］で前記制御演算手段２３が、オートトランス１のタップを切り替えて降圧を行っている。このようにすることで、負荷電圧が許容範囲を逸脱することを事前に防ぐことができる。ここで、変化率として平均変化率を採用しているが、測定電圧が曲線に近似できる場合は曲線の傾きを変化率として採用でき、更に、変化率だけでなく変動周期を傾向情報の要素として採用することもできる。
また、前記各実施形態において、図１４に示すように、負荷側及び電源側の電圧・電流を検出する電圧・電流検出手段２５と、この電圧・電流検出手段２５が検出した電圧・電流を積算する電圧・電流積算手段２６とを備え、常時若しくは任意期間に電圧・電流検出手段２５が電圧・電流を検出し、この検出された負荷側電圧・電流及び電源側電圧・電流から電圧・電流積算手段２６が積算してそれぞれ負荷側電力及び電源側電力を求め、使用者の要求に応じて日毎、月ごと、年毎等の単位に分けて負荷側電力及び電源側電力を表示部（図示しない）に表して使用者に示すこともできる。また、電圧・電流積算手段２６が電源側電極から負荷側電力を引くことで求まる差分電力を使用者に示すこともでき、どの程度電力が節約できたのかを使用者が認識することができる。さらにまた、差分電力からどの程度二酸化炭素の発生を抑制できたかを表示部に表して使用者に示すこともできる。
また、前記第３の実施形態において、制限範囲ＶＴａ−ＶＴｂ以外の電圧を検出した場合に、制限範囲ＶＴａ−ＶＴｂ以外の電圧になった時点を含む所定期間における測定電圧からなる傾向情報をデータ記録手段２１に格納し、監視手段２４が現時点を含む所定期間における測定電圧とこの傾向情報とを比較して等価である場合にタップの投入・引外しを行うこともでき、制限範囲外の負荷側電圧に陥る前にタップを投入・引外すことで、負荷側電圧が常に制限範囲内の電圧を保持することもできる。
また、前記各実施形態において、図１４に示すように、オートトランス１、サイリスタ４、接続部分の回路５、データ記録手段２１、電圧検出手段２２、監視手段２４等の各機器及び手段の故障並びに交換時期を検出する状態検出手段２７を設けることもでき、各機器及び手段で故障が生じた場合や各機器の交換時期をむかえた場合に使用者にその旨の通知を示すことができる。この場合に、さらに、通信手段２８を設け、本電圧制御装置を管理する管理者が遠隔にいる場合に、この管理者に通信手段２８を介して前記通知を行うことができる。ここで、この通信手段２８は種々の通信網を対象とすることができ、例えば、一般公衆回線、専用回線等の有線回線、若しくは、無線回線等の通信網を対象とする。
産業上の利用可能性
以上のように本発明においては、前記制御演算手段が、前記電圧検出手段で検出した測定電圧と設定値Ｖｓより負荷側電圧を設定値Ｖｓに一致させるように前記オートトランスを切り替え制御するので、設定値Ｖｓに極めて近く安定した電圧を供給ができ、降圧させた電圧に比例して使用電力を節減できるという効果を奏する。
また、本発明においては、前記監視手段は、前記測定電圧が下限値を下回った場合に前記オートトランスの降圧を止めて電源側電流を直接需要家側へ供給するので、前記制御演算手段がオートトランスを制御することで電圧の過剰な低下を招いて機器が正常に動作しないという状態を防止することができるという効果を有する。
また、本発明においては、制御演算手段がタップの切り替え毎に設定される応答時間の経過中に電圧検出手段による測定電圧を読み出して当該測定電圧と設定値とからオートトランスの切り替え制御を行っているので、導入環境に合わせ、切り替え頻度の高いオートトランスのタップへの切り替えは短い応答時間とし、切り替え頻度の低いオートトランスのタップへの切り替えは長い応答時間とすることで、タップの使用頻度に応じたオートトランスのタップ切り替え制御を行うことができ、環境に応じた節電効果を得ることができるという効果を有する。
また、本発明においては、制御演算手段が電圧検出手段より所定時間の測定電圧を読み出して当該所定時間内の測定電圧中に許容範囲外の電圧を検知した場合に、許容範囲内の測定電圧の期間から求まる周期期間を応答時間として決定するので、それぞれのタップ毎の応答時間を自動的に設定することができ、導入期間の短縮化を実現できると共に、導入環境に変化が生じる毎の保守作業を省くことができるという効果を有する。
また、本発明においては、前記制御演算手段が前記制限範囲外の電圧検出手段による測定電圧を検出した場合に応答時間に基づくことなくオートトランスのタップを投入・引外しを行うので、前記制限範囲外の測定電圧を検出すると略同時に制限範囲内の負荷側電圧に変圧でき、供給される電圧が制限範囲を多少逸脱すると故障・破損が即座に発生する電気機器などを使用する環境において、安定した電圧供給を行うことができるという効果を有する。
また、本発明においては、所定の範囲を測定電圧が逸脱する以前及び／又は以後の測定電圧からなる傾向情報に基づいてオートトランスのタップを切り替えているので、過去の測定電圧の推移から現在の測定電圧の変化を予測できることとなり、所定の範囲を逸脱する以前に設定電圧を維持するように制御できることとなり、極めて安定した省電力の供給ができるという効果を有する。
また、本発明においては、前記制御演算手段が、現時点における所定時間の測定電圧と前記傾向情報とを比較することで、オートトランスのタップの切り替え制御を行っているので、範囲外の負荷側電圧に陥る前にタップの切り替えによる変圧ができ、範囲内の負荷側電圧を継続して供給することができるという効果を有する。
また、本発明においては、前記測定電圧から比較がしやすい変化率及び／又は変動周期を導き出して傾向情報の要素としているので、前記制御演算手段が前記傾向情報を変化率及び／又は変動周期の連続的データという観点で比較することができ、誤断の少ない精度の高いオートトランスのタップ切り替えの制御を行うことができるという効果を有する。
また、本発明においては、前記オートトランスが、少なくとも、前記最高値から設定値まで及び／又は前記最低値から設定値まで降圧を行うことができるので、少なくとも最大限及び／又は最低限の節電効果が得られるようにオートトランスのタップ切り替え回数を少なくして安定電源の供給ができるという効果を有する。
また、本発明においては、前記分岐回路毎に電圧制御装置を備えているので、それぞれの幹線回路に接続される多種の負荷に応じて分岐回路毎に複数の設定値を設定でき、負荷に応じた適正な電圧を印加することができると共に、十分な節電効果を得ることができる。
また、本発明においては、前記分岐回路毎に電圧制御装置を制御する総制御部を備え、当該電圧制御装置の制御より総制御部の制御を優先しているので、総制御部が電圧制御装置の制御演算手段より優先して処理し、更には設定値の変更も行えるので、負荷に応じた適正な電圧を出力することができると共に、総制御部で適切に集中管理することができる。
また、本発明においては、前記分岐回路毎の電圧制御装置に制御演算手段を設けず総制御部を備え、当該総制御部により電圧制御装置を制御しているので、総制御部で適切に集中管理できると共に、それぞれの電圧制御装置が制御演算手段を有しないため安価且つ容易に電圧制御装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、この本発明の第１の実施形態に係る電圧制御装置の全体ブロック構成図である。
図２は、この本発明の第１の実施形態に係る電圧制御装置におけるオートトランスのタップと応答時間及び電圧降下値との相関図である。
図３は、この本発明の第１の実施形態に係る電圧制御装置の全体動作フローチャートである。
図４は、この本発明の第１の実施形態に係る電圧制御装置の降圧処理フローチャートである。
図５は、この本発明の第１の実施形態に係る電圧制御装置の昇圧処理フローチャートである。
図６は、この本発明の第１の実施形態に係る電圧制御装置のバイパス処理フローチャートである。
図７は、この本発明の第２の実施形態に係る電圧制御装置の動作フローチャートである。
図８は、この本発明の第２の実施形態に係る電圧制御装置における測定情報と周期期間との相関図である。
図９は、この本発明の第３の実施形態に係る電圧制御装置の動作フローチャートである。
図１０は、この本発明の第４の実施形態に係る電圧制御システムの全体構成ブロック図である。
図１１は、この本発明の第４の実施形態に係る電圧制御装置の全体ブロック構成図である。
図１２は、この本発明の第５の実施形態に係る電圧制御システムの全体構成ブロック図である。
図１３は、この本発明のその他の実施形態に係る電圧制御装置における許容範囲を逸脱した場合に傾向情報の要素としての変化率の一つである平均変化率と傾向情報を利用したオートトランスの切り替えとを示す動作説明図である。
図１４は、この本発明のその他の実施形態に係る電圧制御装置の全体ブロック構成図である。
図１５は、この従来の電圧制御装置の全体回路構成図である。
【図１】
2003047065.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2003047065.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2003047065.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2003047065.tif 000017
【国際調査報告】
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2003047065.tif 000019
2003047065.tif 000020
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