(57)【要約】【課題】この発明は、電力網を自動調整するための構成とこの構成のためのモータ駆動装置に関する。【解決手段】電圧変換器が、測定用変換器として配備され、それは随時制御しようとする電圧を検出し、その電圧を一つの単独の電気測定配線を介してモータ駆動装置に伝達し、このモータ駆動装置にはその実測値を規定の目標値と比較する手段とこの比較にもとづき調整コマンドを生成するための手段が配備されている。このモータ駆動装置は、追加の制御部を持ち、この制御部は、必要な場合に電気モータを回転方向に関して直接操作する。このモータは、次にタップ付変成器のタップ切換器を駆動し、このようにして電力網の調整のための電圧制御を実行するものである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タップ付変成器を用いて電力網を自動調整するための構成であって、このタップ付変成器の調整巻線は異なる巻線タップを備えており、この巻線タップはタップ切換器によって無中断で切り換え可能であり、このタップ切換器にはモータ駆動装置が機械的に連結しており、
その際、タップ付変成器には、随時制御しようとする電圧の実測値を検出するための測定用変換器を配備しており、
その際、そのようにして測定された実測値を予め定めた目標値と比較するための手段、ならびにその比較にもとづき、このモータ駆動装置の回転方向に関する操作とそのことによるタップ切換器の操作のための調整コマンドを生成するための手段とを備えた構成において、
このモータ駆動装置（１３）が、測定した実測値を予め定めた目標値と比較するための手段、ならびにその比較にもとづき調整コマンドを生成するための手段を有していること、
ならびに、一つの単独の電気測定配線（１２）が、測定用変換器からモータ駆動装置（１３）に直接延びていること、
を特徴とする構成。
【請求項２】
前記の測定用変換器が非従来型の電圧変換器（１１）であることを特徴とする請求項１に記載の構成。
【請求項３】
連結伝動装置を介して駆動軸を操作する電気モータが、共通の容器内に配備されており、この駆動軸が、次にタップ付変成器の異なる巻線タップ間を無中断で切り換えるためのタップ切換器を駆動する、電力網を自動調整するためのモータ駆動装置において、
この共通の容器内には、インタフェース部（１８）を介してこの容器外にある測定用変換器の測定配線（１２）と接続されている制御部（１７）が、配備されていること、
この制御部（１７）が、測定用変換器により生成され、その測定配線（１２）を介して到達する測定信号を、予め保存してある目標値と比較し、その比較にもとづき制御信号を発生させる手段を備えていること、
ならびに、この制御部（１７）によって、この電気モータ（１６）を回転方向に関して直接操作可能であること、
を特徴とするモータ駆動装置。
【請求項４】
前記の測定用変換器が非従来型の電圧変換器（１１）であることを特徴とする請求項３に記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記の共通の容器内には、さらに無効電力補償装置（２０）が配備されてり、この無効電力補償装置の入力が、同じくこの容器外にある測定用変換器と接続されていること、ならびに、この無効電力補償装置（２０）の出力が、同じく前記の制御部（１７）と別のインタフェース部（１９）を介して接続されていることを特徴とする請求項３または４に記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
過渡的な電圧低下を検出するための高速測定装置（２３）を備えており、その出力が次に同じく前記の制御部（１７）と別のインタフェース部（１８／１）を介して接続されていることを特徴とする請求項３〜５までのいずれか一つに記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
前記の制御部（１７）によって、高速な電力網の調整のための手段、特にＦＡＣＴＳ素子または高速半導体タップ切換器を、さらに操作可能であることを特徴とする請求項３〜６までのいずれか一つに記載のモータ駆動装置。
【請求項８】
漏電遮断コイルを操作するための手段が、さらに配備されていることを特徴とする請求項３〜７までのいずれか一つに記載のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、異なる巻線タップを備えたタップ付変成器を用いて電力供給網または配電網を自動調整（以下、電力網調整と称す）するための構成に関する。さらに、この発明は、そのようなタップ付変成器を用いた自動電力網調整のためのモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動電力網調整のためには、通常制御可能な電力変成器が用いられ、この電力変成器はタップ付変成器として構成され、異なる巻線タップを持つ調整巻線を有し、これらの巻線タップはタップ切換器によって無中断で切り換え可能であり、このタップ切換器は、これと機械的に連結されたモータ駆動装置を持つものである。調整巻線の異なる巻線タップを選択的に切り換えることによって、タップ付変成器の変圧比の変更ならびにそれによる電圧制御が行われる。
【０００３】
通常、電圧制御による電力網調整のための周知の構成は、複数の構成要素から成る。まず、タップ付変成器には、測定用変換器、有利には誘導型測定用変換器を備えており、これによって制御対象の電圧の実測値が検出される。さらに、電圧制御器を備えており、それはタップ付変成器から離されて、配電盤室等に配置されている。この電圧制御器は、測定用変換器から電気信号線を介して、その電気出力信号を受信し、その信号は測定された電圧に関する情報を実測値として伝達するものである。そして、電圧制御器において、この電圧の実測値は、タップ付変成器を用いてまさに出来る限り一定に保持されるべき値の予め設定された電圧の目標値と比較され、さらに、例えば遅延時間のような、予め設定した制御パラメータを考慮して、必要な場合には「増加」または「低減」切換コマンドが生成される。この切換コマンドは、さらに電気接続配線を介して、タップ切換器のモータ駆動装置に伝達される。モータ駆動装置は、伝達された切換コマンドの「増加」または「低減」の向きに従って、そのモータ軸の回転運動を起こし、この回転運動は、その駆動リンク機構を介してタップ切換器に伝達され、そして、回転方向に従って、その時点で導通されていた巻線タップから、最も近いより高い、または最も近いより低い巻線タップへの切り換えが行われる。このタップ切換器自身は、通常タップ付変成器の容器内に沈められているか、あるいはそれに付属するモータ駆動装置と同様に容器の外側に固定されている。例えば、タップ切換器のその時点の位置のような、モータ駆動装置によって規定される情報は、別の電気接続配線を介して、電圧制御器にフィードバックされる。このような電圧制御に関する周知の構成は、特許文献１により公知となっている。この構成においては、モータ駆動装置が多数の電気出力を持ち、これらの出力が、すべて別々の電気配線を用いて対応する電圧制御器と接続されなければならないことが欠点である。この接続配線は、例えばタップ切換器のその時点の位置、駆動軸の回転と回転方向などに関する多くの情報が、電気的あるいは電気機械的な手段によりモータ駆動装置で生成されるが、しばしば空間的に遠く離れた電圧制御器内でようやく処理されるということから生じたものである。説明したように、電圧制御器から出される調整コマンドをモータ駆動装置に伝えるには、さらに別の配線が必要となる。最終的に、測定用変換器と電圧制御器も、電気配線によって相互に接続されなければならない。
【０００４】
特許文献２により、所謂自動変成器が周知であり、この変成器においては、電圧制御器が変成器に直接配置されているが、この場合でも、電圧制御器とモータ駆動装置間には、まだ多数の電気接続配線が残ったままである。
【０００５】
特許文献３により、やっと電圧制御器とモータ駆動装置を多くの個別配線ではなく、一本の両方向シリアルデータ線だけで接続した相応の構成が周知となった。しかし、二つの空間的に遠く離して置かれた構成部品間における、有利には光導波管として実現された、そのようなデータ線も、大きな欠点を表し、この刊行物には特に言及されていないけれども、この場合においても、測定用変換器と電圧制御器間には別の接続が必ず必要である。
【特許文献１】
ドイツ特許公開第２４１０６４１号明細書
【特許文献２】
英国特許第２１０９９６０号明細書
【特許文献３】
ドイツ特許公開第４２１４４３１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明の課題は、従来の技術の欠点、すなわち分かれて配置された構成部品間における大規模な電気配線、または追加の配線を不要とする、自動電力網調整のための構成を提示することである。さらに、この発明の課題は、そのような構成に適したモータ駆動装置を提示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
これらの課題は、この発明にもとづき、請求項１の特徴を持つ構成ならびに独立した請求項３の特徴を持つモータ駆動装置により解決される。
【０００８】
この発明にもとづく構成においては、そのコンパクトな構造が特に有利である。この発明にもとづく構成は、変成器に直結された、電圧の実測値を生成するための機器、有利には電圧変換器、そしてさらにこの場合特に有利には非従来型の電圧変換器と、電子式モータ駆動装置から構成され、このモータ駆動装置は、さらにまた電力網調整のための電圧制御用の電気的および電子的手段を有するとともに、同じく変成器に直結され、そしてまた従来の駆動軸を用いて変成器内または変成器上のタップ切換器と機械的に直接接続されている。すなわち、すべての構成部品は、変成器に直接配置され、そのため従来の技術にもとづく独立した機器または１９インチ差込みユニットのような分離した電圧制御器を置いている、空間的に離れた配電盤室への、ならびに配電盤室からの配線が不要となる。電圧の実測値としての測定値を提供する変成器の機器、例えば非従来型の電圧変換器から電子式モータ駆動装置へは、ただ一本の電気接続が必要なだけである。説明したように、この発明により、電子式モータ駆動装置は、従来の電圧制御器の機能をまったく引き継いでおり、そのため電圧制御器は分離した構成部品として不要になるので、モータ駆動装置と従来の技術にもとづく空間的に離れた電圧制御器間の両方向動作の電気接続は、完全に不要となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下においては、実施例をあげて、この発明を図面にもとづきさらに詳しく説明する。
【００１０】
まずは、図１にもとづき、従来の技術をいま一度簡単に説明する。例えば３０ｋＶの実際の電圧を、この場合１００Ｖの測定信号に変換する従来型の電圧変換器２を配置した変成器１が描かれている。この電圧変換器２は、測定配線３を介して、配電盤室にある電圧制御器４と電気的に接続されている。この電圧制御器４からは、制御配線５がモータ駆動装置６に延びている。さらに、モータ駆動装置６は、駆動軸７を介して周知の方法でタップ切換器８と接続されている。ここに示したタップ切換器８は、調整巻線の巻線タップを無中断で事前に選択するための選択器９を備え、さらに本来の無中断の切り換えのための負荷切換開閉器１０を有しているが、まったく同様にタップ切換器の別の構成も考えることができる。制御配線５を介しては、実測値と目標電圧との比較結果にもとづき電圧制御器４で生成された調整コマンドがモータ駆動装置６に伝達される一方、電圧制御器４は、モータ駆動装置６から、例えばその時点のタップ切換器の位置や個々の切換時においてそれぞれ推移する切換シーケンスに関するモータ駆動装置側の情報を受信する。
【００１１】
図２は、この発明にもとづく構成を示している。この場合、ここでまたもや例えば３０ｋＶの実際の電圧を、この例では１．８７Ｖの測定信号に変換する、非従来型の電圧変換器１１が、変成器１に配置されている。基本的により低い測定信号に対応して、より小さな寸法で構成することができる測定配線１２が、電子式モータ駆動装置１３に延びている。この電子式モータ駆動装置１３は、さらに目標値／実測値の比較のための手段ならびに制御機能の実施と制御信号の生成のための手段を備えている。また、モータ駆動装置１３からは、駆動軸７がタップ切換器８に直接延び、これを駆動する。すなわち、この電子式モータ駆動装置１３が、図１で分離して描いた電圧制御器４とモータ駆動装置６の構成部品の機能を一体化している様子を見て取れる。
【００１２】
この発明の特に有利な形態における電圧の実測値を生成するための非従来型の電圧変換器１１について言及する。そのような非従来型の変換器は、近年一段と開発が進んでおり、当業者には多様な実施形態で知られている。非従来型の変換器または測定用変換器の初期の広範な図面が、既に非特許文献１にある。非従来型の種類の電子式電圧変換器における一般的な要求条件は、非特許文献２または非特許文献３で明らかにされている。そのような非従来型の変換器は、様々な実施形態で技術的に利用可能であり、ここでは例えば光学変換器、すなわち光ファイバーまたは固体光学系の変換器を言い、これらにおいては旋光（ファラデー効果）または干渉原理にもとづき動作するものである。さらに、受動的な非従来型の電圧変換器が、非特許文献４と非特許文献５により周知である。このＬＰＶＴＧ型は、旧式の、すなわち従来型の誘導型または容量型測定用変換器に代わる抵抗分圧器である。
従来型の電圧変換器と比較した、抵抗分圧器に関する概要が、非特許文献４に掲載されている。
非従来型の電圧変換器１１は、ボルト領域の測定信号を生成し、この信号は、ほぼ損失することなく伝送され、電子式モータ駆動装置１３に供給される。そこでは、直接この信号を更に処理することができる。そのため、電子式モータ駆動装置１３は、電圧変換器信号をＡ／Ｄ変換するための手段を備えており、さらに駆動軸７の位置検出用の少なくとも一つのレゾルバーならびに電子制御部を有する。この電子制御部は、以前の分離した電圧制御器の機能を引き継いだものであり、目標値／実測値の比較を行い、切換遅延、制御閾値などのような、予め定めた制御パラメータを考慮に入れて、場合によっては、電気モータを用いて駆動軸７とそれによるタップ切換器８の操作のために用いられる制御信号を直接生成する。
【非特許文献１】
Ermisch 博士, Dresden, 1984 の大学教授資格論文「Ein Beitrag zur Beurteilung der Moeglichkeiten des Einsatzesnichtkonventioneller Messwandler und der Grenzen fuer eine Verdraongung klassischer  Messtransformatoren」
【非特許文献２】
IEC 38 (Sec) 122: 1993
【非特許文献３】
VDE 0414
【非特許文献４】
Trench社, スイスの会社の出版物「Low Power Voltage Transducer for Medium Voltage GIS Systems Type LPVTG 」
【非特許文献５】
Trench社, スイスの会社の出版物「Low Power Voltage Transducer for Medium Voltage GIS Systems Type LoPoVT」
【非特許文献６】
雑誌ｅｔｚの１９９７年１５〜１６号の２０ページ以降
【００１３】
以下においては、図３にもとづき、この発明による電子式モータ駆動装置の第一の実施形態を詳細に説明する。周知の方法においては、このモータ駆動装置は、タップ切換器の駆動軸７を操作するための伝動装置１４を持つ。この場合、伝動装置１４は、電気モータ１６、通常は三相交流非同期モータによって起こされた回転運動を減速させるものである。この伝動装置１４には、タップ切換器の選択器の位置を検出するための位置通報装置１５が接続されている。この発明によるモータ駆動装置の中心的な部分は、電子制御部１７であり、これは電圧変換器から到来する測定信号を予め規定した目標値と比較し、予め設定可能な閾値を超える偏差がある場合には、制御コマンドを発出し、回転方向に関して電気モータ１６を駆動させ、そのことによって直接的な結果として電気モータの駆動軸７を介してタップ切換器を操作する手段を有する。この電子制御部１７は、次にインタフェース部１８を介して、非従来型の電圧変換器からの情報を伝達する、既に前に詳述した単独の測定配線１２と接続している。
【００１４】
この電子制御部１７は、基本的に内蔵プログラム式の制御部、マイクロコントローラあるいはまた工業用コンピュータから構成される。この可能な構成のうちのどれを選択するかは、所要スペース、費用、処理速度のような多数の要因に依存するものであり、適切に選択するのは、当業者にとっては慣れたことである。
【００１５】
インタフェース部１８は、Ａ／Ｄ変換器と、測定配線１２で伝達されてきた測定信号から制御部に合った測定信号を生成するための追加の手段を持つ。そのため、それは、後置の制御部１７とのデジタルインタフェースであり、例えばフィールドバスとして、あるいはＲＳ４８５インタフェースとして実現することができる。
【００１６】
図４では、そのようなモータ駆動装置を持つ制御系が、再度分離した形で描かれている。非従来型の電圧変換器１１からは、変成器１の実測値に関する尺度としての測定値が、点線で示されたモータ駆動装置１３のインタフェース部１８に測定配線１２を介して伝達される。インタフェース部１８には、制御部１７が後置されており、そこでは目標値／実測値の比較、すなわち非従来型の電圧変換器１１から伝達されてきた実測値と予め保存してある目標値との比較が行われる。この比較は、その値が予め調整可能な制御閾値を超えた偏差を示した場合、制御コマンドが生成され、それによって電気モータ１６が操作され、続いてそれは駆動軸７を操作する。このことによって、タップ切換器の負荷切換開閉器１０が操作され、変成器１の二次電圧が変化する。非従来型の電圧変換器１１による新たな測定と制御部１７へのフィードバックによって、閉じた制御系が完成する。
【００１７】
この発明の枠組みにおいては、非従来型の電圧変換器１１の代わりに別の測定用変換器を配備すること、あるいは電圧の実測値に関する情報をバスシステムから得ることもできる。
【００１８】
図５には、この発明にもとづくモータ駆動装置の第二の実施構成が描かれている。この場合、電力網調整に関する別の可能性として、対応する制御すべき電圧の電圧品質の解析を行うものである。その際、非従来型の電圧変換器１１の出力電圧が、さらに別の測定配線２１を介して無効電力補償装置２０に供給される。当然、もともと存在する測定配線１２から、この測定信号を分岐させることも可能である。そのような無効電力補償装置２０は、商業的な実現形態では、例えば出願人によって製作された「ＰＯＣＯＳ制御」装置が利用可能である。その出力は、別のインタフェース部１９を介して、同じく電子制御部１７に供給される。しかし、無効電力補償装置２０自身を制御部１７の統合構成要素として構成することも可能である。そのため、さらに直接的な電圧制御と組み合わせて、制御しようとする電力網の実行可能な過補償によって、許容されない電圧上昇に直接対抗することができる。例えば、空きの敷設線の端における、文献でフェランチ効果として周知の、そのような過度の電圧上昇は、その敷設線の始端と終端における電圧の複素成分により発生し、その際この成分が、そこのところで実数の成分となって出現する。この場合、入力および出力電圧は、同相の状態であることを特徴とし、その結果線路インダクタンスの容量性の荷電電流が、入力電圧に加わる形の電流値を出現させ、そのため出力電圧がこの線路の入力電圧より大きくなるものである。例えば、測定電圧の基本波力率ｃｏｓφまたは許容高調波成分のような、様々な予め設定した目標値にもとづき、無効電力補償装置２０によって、コンデンサ２２／１または吸収回路２２の開閉が行われる。同様に、このようなステップ状に切り換え可能な補償装置、すなわちコンデンサ装置によって、電圧制御とそれによる電力網調整が可能となる。その場合、供給された容量性の無効電力が、電力網における消費者の誘導性の無効電力の補償のためだけに必要とされるのではない場合には、補償装置の容量性の無効電流は、電力網の給電路の大部分の誘導性インピーダンスにおいて、電圧上昇を引き起こしてしまう。そこで、この制御方法は、大きく変動する誘導性無効電力需要によって引き起こされる電圧直軸成分の減衰をかなり一定に保持する必要がある場合には、特に有意義である。そのような特別に構成された補償システムが、特許文献４に記載されている。
電力調整のために、タップ切換器と無効電力補償システムを両方並行して利用することも可能である。その場合、この二種類の機器は、この発明にもとづく前述の自動電力調整用のモータ駆動装置によって同時に駆動できる。この場合、従来用いられていた無効電力補償装置は、大まかな制御には役に立つ。この装置は、１０〜３０分の制御時定数を持ち、そのため高速に動作するタップ切換器の制御アルゴリズムと対立することはない。
【特許文献４】
国際公開第９４／２４６２２号明細書
【００１９】
そのほか、この電子制御部１７は、観測機能の実現のための構成機器、または例えば変成器１の換気装置の制御用の別の構成機器を備えることができる。
【００２０】
図６と７には、この発明の特に有利な他の実施構成が描かれている。この場合、制御部１７は、既に述べたインタフェース部１８に加えて、高速に動作する追加の測定装置２３と接続する別のインタフェース部１８／１を備えている。このような高速測定装置２３は、「電圧低下計（Voltage Dip Meter ）」という名称で、同じく出願人によって製造されている。それを用いて、制御部１７が、場合によっては変成器によって起こされる制御された電圧の高さを調整するために、過渡的に発生する短時間の電圧低下をも識別し、処理できるようにすることができる。そのような迅速な調整のための高速電圧制御は、例えば周知の高速制御パワーエレクトロニクス電力素子、所謂ＦＡＣＴＳ素子で実現することができる。ＦＡＣＴＳにより、有効および無効電力の影響を適切に調整すること、および高い制御能力を用いて有効および無効電力調整を迅速に実行することが可能となった。同様に、このような電圧低下の迅速な修正のためには、高速全サイリスター式タップ切換器が好適である。そのようなタップ切換器は、例えば特許文献５または特許文献６により周知である。ここに述べた高速制御素子の制御も、この発明にもとづく電力網調整のための構成を用いて簡単に実現することができる。
この発明の他の実施構成にもとづき、漏電遮断コイルを操作するために、この電子制御部１７を用いることも可能である。この漏電遮断コイルを用いた漏電遮断または漏電制御の原理は、当業者には周知である。それは、障害個所において、障害電流の容量性の部分が、漏電遮断コイルの誘導性の電流によって補償することができるということにもとづくものである。理想的な補償においては、非常に小さな抵抗性の残留電流だけが、そこを流れる。その制御には、異なる二つの方法がある。一方は、大きな変位電圧において電力網の反動を無視できる場合の制御であり、他方は、電力網の反動を無視できない、すなわち電力網における変化が変位電圧に作用する場合の制御である。この制御そのものは、漏電遮断コイルのインダクタンスを調整することによる周知の方法で行われる。
【特許文献５】
国際公開第９５／２７９３１号明細書
【特許文献６】
国際公開第９７／０５５３６号明細書
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来の技術にもとづく構成
【図２】この発明にもとづく電力網を調整するための電圧制御用の構成
【図３】この発明にもとづく第一のモータ駆動装置
【図４】図３に描かれたモータ駆動装置を持つ構成における電圧制御用制御系
【図５】電力網を調整するための別の手段を持つ、この発明にもとづく第二のモータ駆動装置
【図６】電力網を調整するためのさらに別の手段を持つ、この発明にもとづく第三のモータ駆動装置
【図７】図６に描かれたモータ駆動装置を持つ構成における電圧制御用制御系
【符号の説明】
【００２２】
１            変成器
２            電圧変換器
３            測定配線
４            電圧制御器
５            制御配線
６            モータ駆動装置
７            駆動軸
８            タップ切換器
９            選択器
１０            負荷切換開閉器
１１            非従来型の電圧変換器
１２，２１      測定配線
１３            電子式モータ駆動装置
１４            伝動装置
１５            位置検出装置
１６            電気モータ
１７            電子制御部
１８，１８／１，１９  インタフェース部
２０            無効電力補償装置
２２            吸収回路
２２／１        コンデンサ
２３            高速測定装置
【図４】
2004524798.tif 000003
【図７】
2004524798.tif 000004
【国際公開パンフレット】
2004524798.tif 000005
2004524798.tif 000006
2004524798.tif 000007
2004524798.tif 000008
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2004524798.tif 000010
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2004524798.tif 000013
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004524798.tif 000024
2004524798.tif 000025
【国際調査報告】
2004524798.tif 000026
2004524798.tif 000027
2004524798.tif 000028
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