(57)【要約】【課題】電力伝送線に設置されたタップ切替方式の電圧調整装置において、急峻な電圧変動が発生する場合であっても、不要なタップ切り替えを抑制しながら、出力電圧が適正範囲を逸脱することも抑制することができる電圧調整装置を提供する。【解決手段】電圧検出器１２が、タップ付き変圧器１１の２次側電圧を検出し、当該検出した電圧信号を、Ａ／Ｄ変換部１３１がデジタル化した後、実効値演算部１３２が実効値を演算する。そして、デジタルフィルタ１３３が、電力伝送線で不規則に発生する電圧変動に含まれる急峻な電圧変動成分を除去し、判定部１３４が、デジタルフィルタ１３３によって、フィルタリング処理された動作判定電圧信号に基づいて、タップ切り替えの要否を判定する。そして、タップ切り替えが必要である場合、タップ切替指令部１３５が、２次側電圧を基準電圧に近づけるようにタップ切替指令を生成し、タップ切替器１１１が当該タップ切替指令に基づき、タップを切り替えるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統に接続する電力伝送線に設置され、出力電圧を自動で調整可能な電圧調整装置であって、
多段階のタップを有し、１次側電圧を入力とし、タップ切替指令に基づき前記タップを切り替えることで、２次側電圧を調整し、出力するタップ付き変圧器と、
前記２次側電圧を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された電圧信号を所定のサンプリング周期でデジタル化するＡ／Ｄ変換手段と、
前記Ａ／Ｄ変換手段によりデジタル化された電圧信号から電圧の実効値を演算し、実効値信号として出力する実効値演算手段と、
前記実効値演算手段が出力した前記実効値信号から、前記電力伝送線で不規則に発生する電圧変動に含まれる急峻な電圧変動成分を除去した動作判定電圧信号を出力するデジタルフィルタと、
前記デジタルフィルタによるフィルタリング処理後の前記動作判定電圧信号に基づいて、前記タップの切り替えが必要であるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段による判定結果に基づき、前記タップの切り替えが必要なときに、前記２次側電圧を基準電圧に近づけるように、前記タップ付き変圧器にタップ切替指令を出力するタップ切替指令手段と、
を備える電圧調整装置。
【請求項２】
前記デジタルフィルタは、前記実効値信号のうち、所定の期間におけるサンプリングデータを用いて、フィルタリング処理を行い、
前記所定の期間は、除去したい前記急峻な電圧変動成分に基づいて設定される、
請求項１に記載の電圧調整装置。
【請求項３】
前記判定手段は、前記動作判定電圧信号が、当該動作判定電圧信号に対して設定された不感帯領域を逸脱した場合に、前記タップの切り替えが必要であると判定する、
請求項２に記載の電圧調整装置。
【請求項４】
前記実効値信号のうち、前記所定の期間より短い第２の期間におけるサンプリングデータを用いて、フィルタリング処理を行い、第２の動作判定電圧信号を出力する第２のデジタルフィルタをさらに備え、
前記判定手段は、さらに、前記第２の動作判定電圧信号に基づいて、前記タップの切り替えが必要であるか否かを判定する、
請求項２または請求項３に記載の電圧調整装置。
【請求項５】
前記判定手段は、前記第２の動作判定電圧信号が、当該第２の動作判定電圧信号に対して設定された不感帯領域を逸脱した場合に、前記タップの切り替えが必要であると判定する、
請求項４に記載の電圧調整装置。
【請求項６】
前記所定の期間が互いに異なる複数の前記デジタルフィルタを備え、
前記判定手段は、前記複数のデジタルフィルタ毎にフィルタリング処理された動作判定電圧信号に基づいて、前記タップの切り替えが必要であるか否かを判定する、
請求項２または請求項３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、電力伝送線に設置され、出力電圧を自動で調整可能な電圧調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境問題を背景に、太陽光発電や風力発電などの分散型電源の導入が拡大してきている。しかし、これらの分散型電源は、自然エネルギーによる発電を行うため、季節や天候、地域などによって大きく差があり、発電量が不規則となる。そのため、分散型電源を連系した電力系統の系統電圧を適正に制御するために、送電線、配電線、引込線などの電力伝送線路に電圧調整装置を設け、当該電力伝送路の電圧を補償している。このような電圧調整装置として、例えば、ＳＶＲ（Step Voltage Regulator）やＬＲＴ（Load Ratio control Transformer）などのタップ切替式の電圧調整装置がある。タップ切替式の電圧調整装置は、電力伝送線の電圧を調整するタップ付き変圧器と、タップ切替指令に応じて、タップ付き変圧器のタップを切り替えるタップ切替器と、タップ切替器にタップ切替指令を出力するタップ制御部とを少なくとも備えており、タップ付き変圧器の２次側の電圧（電圧調整装置の出力電圧）が適正な電圧値（基準電圧）を含む所定の範囲に収まるように、タップの切り替えを制御している。このとき、タップの切り替えの要否を判定するための方法として、時間判定方式（特許文献１）や積分判定方式（特許文献２）が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２１７５８１号公報
【特許文献２】特開平１１−２４７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
時間判定方式を用いた場合、電力伝送線の電圧が予め設定された不感帯領域を逸脱した時間を計測し、当該逸脱した時間が所定時間を超えたときに、適正な電圧となるようにタップを切り替える。そのため、タップを切り替えるための制御を行うまでに時間がかかり、電圧が急峻に乱高下する電圧変動に対して、タップが切り替わらない恐れがある。
【０００５】
一方、積分判定方式を用いた場合、電力伝送線の電圧が予め設定された不感帯領域を逸脱したときの、当該逸脱量（電力伝送線の電圧と不感帯領域との差電圧）を積分し、当該積分値が所定の範囲を超えたときに、適正な電圧となるようにタップを切り替える。そのため、急峻な電圧変動が発生したときでも、適正な電圧となるようにタップを切り替えることができるが、電圧が乱高下する度にタップの切り替えが発生する可能性があり、不要にタップを切り替えてしまうことがある。
【０００６】
さらに、これらの判定方式において、電圧調整装置が設置された電力伝送線が連系する電力系統、また、電圧調整装置の設置位置は、さまざまであり、当該電力系統、および、設置位置に応じた設定値で運用しているが、分散型電源の不規則な発電によって、電圧調整装置の制御領域にある負荷分布が時々刻々と変化する。よって、その都度、設定値を見直す必要があり、実運用上は困難であるといった問題もある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みて創作されたものであり、その目的は、電力伝送線に設置されたタップ切替方式の電圧調整装置において、急峻な電圧変動が発生する場合であっても、不要なタップ切り替えを抑制しながら、出力電圧が適正範囲を逸脱することも抑制することができる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】
【０００８】
本発明の第１の側面によって提供される電圧調整装置は、電力系統に接続する電力伝送線に設置され、出力電圧を自動で調整可能な電圧調整装置であって、多段階のタップを有し、１次側電圧を入力とし、タップ切替指令に基づき前記タップを切り替えることで、２次側電圧を調整し、出力するタップ付き変圧器と、前記２次側電圧を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された電圧信号を所定のサンプリング周期でデジタル化するＡ／Ｄ変換手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段によりデジタル化された電圧信号から電圧の実効値を演算し、実効値信号として出力する実効値演算手段と、前記実効値演算手段が出力した前記実効値信号から、前記電力伝送線で不規則に発生する電圧変動に含まれる急峻な電圧変動成分を除去した動作判定電圧信号を出力するデジタルフィルタと、前記デジタルフィルタによるフィルタリング処理後の前記動作判定電圧信号に基づいて、前記タップの切り替えが必要であるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段による判定結果に基づき、前記タップの切り替えが必要なときに、前記２次側電圧を基準電圧に近づけるように、前記タップ付き変圧器にタップ切替指令を出力するタップ切替指令手段とを備える。
【０００９】
前記電圧調整装置の好ましい実施の形態において、前記デジタルフィルタは、前記実効値信号のうち、所定の期間におけるサンプリングデータを用いて、フィルタリング処理を行い、前記所定の期間は、除去したい前記急峻な電圧変動成分に基づいて設定される。
【００１０】
前記電圧調整装置の好ましい実施の形態において、前記判定手段は、前記動作判定電圧信号が、当該動作判定電圧信号に対して設定された不感帯領域を逸脱した場合に、前記タップの切り替えが必要であると判定する。
【００１１】
前記電圧調整装置の好ましい実施の形態において、前記実効値信号のうち、前記所定の期間より短い第２の期間におけるサンプリングデータを用いて、フィルタリング処理を行い、第２の動作判定電圧信号を出力する第２のデジタルフィルタをさらに備え、前記判定手段は、さらに、前記第２の動作判定電圧信号に基づいて、前記タップの切り替えが必要であるか否かを判定する。
【００１２】
前記電圧調整装置の好ましい実施の形態において、前記判定手段は、前記第２の動作判定電圧信号が、当該第２の動作判定電圧信号に対して設定された不感帯領域を逸脱した場合に、前記タップの切り替えが必要であると判定する。
【００１３】
前記電圧調整装置の他の好ましい実施の形態において、前記所定の期間が互いに異なる複数の前記デジタルフィルタを備え、前記判定手段は、前記複数のデジタルフィルタ毎にフィルタリング処理された動作判定電圧信号に基づいて、前記タップの切り替えが必要であるか否かを判定する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電力伝送線に設置され、出力電圧を自動で調整可能な電圧調整装置において、検出手段が、多段階のタップを有するタップ付き変圧器の２次側電圧を検出し、当該検出した電圧信号を、Ａ／Ｄ変換手段がＡ／Ｄ変換する。その後、実効値演算手段がＡ／Ｄ変換された電圧信号から実効値を演算し、デジタルフィルタが、実効値から急峻な電圧変動成分を除去する。判定手段は、デジタルフィルタによって、フィルタリング処理された電圧信号に基づいて、タップ切り替えの要否を判定する。このとき、タップ切り替えが必要である場合、タップ切替指令手段は、２次側電圧を基準電圧に近づけるようにタップ切替指令を生成し、タップ切替器が当該タップ切替指令に基づき、タップを切り替えるようにした。これにより、２次側電圧から急峻な電圧変動成分を除去した電圧信号に基づき、タップ切り替えの要否判定を行うことができるため、電力伝送線に急峻な電圧変動が発生する場合であっても、不要なタップ切り替えを抑制しながら、出力電圧が適正範囲を逸脱することも抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態に係る電圧調整装置の構成例を示す図である。
【図２】第１実施形態に係る電圧調整処理を示すフローチャートである。
【図３】変形例に係るデジタルフィルタ（ＬＰＦの具体例１）の周波数特性およびステップ応答特性を示す図である。
【図４】変形例に係るデジタルフィルタ（ＢＰＦの具体例１）の周波数特性およびステップ応答特性を示す図である。
【図５】変形例に係るデジタルフィルタ（ＬＰＦの具体例２）の周波数特性およびステップ応答特性を示す図である。
【図６】変形例に係るデジタルフィルタ（ＢＰＦの具体例２）の周波数特性およびステップ応答特性を示す図である。
【図７】第２実施形態に係る電圧調整装置の構成例を示す図である。
【図８】シミュレーションにおける電圧調整装置への入力電圧の波形を示す図である。
【図９】従来の電圧調整装置および第２実施形態に係る電圧調整装置を用いたシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の第１実施形態に係る電圧調整装置１を説明するための図であり、例えば、三相（ａ相、ｂ相、ｃ相）の配電線に設置された状態を示している。なお、配電線の代わりに、他の電力伝送線（送電線や引込線など）であってもよい。
【００１８】
電圧調整装置１は、例えば、ＳＶＲ（Step Voltage Regulator）、ＬＲＴ（Load Ratio control Transformer）、または、ＴＶＲ（Thyristor type Step Voltage Regulator）などと同様に構成され、図１に示すように、タップ付き変圧器１１、電圧検出器１２、および、制御部１３を含んで構成される。電圧調整装置１は、電圧検出器１２が検出した、タップ付き変圧器１１の２次側（出力側）の電圧に基づき、制御部１３がタップ付き変圧器１１のタップの切り替えを制御することで、出力電圧が適正な範囲内となるように、出力電圧を調整するものである。なお、本実施形態において、電圧調整装置１から出力される電圧を出力電圧、タップ付き変圧器１１から出力される電圧を２次側電圧と表現するが、出力電圧と２次側電圧とは基本的に同値である。
【００１９】
タップ付き変圧器１１は、多段階のタップを有し、当該タップを切り替えることで、入力される電圧を所定の電圧に変圧（昇圧または降圧）して出力するものである。例えば、タップが１段階上がると、２次側電圧が上昇し、タップが１段階下がると、２次側電圧が減少する。タップ付き変圧器１１は、タップの切り替えを実行するタップ切替器１１１を含んで構成される。タップ切替器１１１は、後述する制御部１３からタップを切り替えるための指令（以下、「タップ切替指令」という。）を入力され、当該タップ切替指令に基づき、タップの切り替えを行う。
【００２０】
電圧検出器１２は、タップ付き変圧器１１の２次側に配置され、タップ付き変圧器１１の２次側電圧を検出するものである。電圧検出器１２は、検出した電圧（以下、「検出電圧」という。）に応じた電圧信号（以下、「検出電圧信号」という。）を制御部１３に出力する。
【００２１】
制御部１３は、電圧調整装置１の全体を制御するものであり、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、および、ＣＰＵなどを備えるマイクロコンピュータで構成される。制御部１３は、電圧検出器１２から入力される検出電圧信号に基づき、タップ付き変圧器１１のタップ切り替えの要否を判定する。そして、タップ切り替えが必要である場合に、タップ付き変圧器１１（タップ切替器１１１）にタップ切替指令を出力する。そのために、制御部１３は、Ａ／Ｄ変換部１３１、実効値演算部１３２、デジタルフィルタ１３３、判定部１３４、および、タップ切替指令部１３５を含んで構成される。
【００２２】
Ａ／Ｄ変換部１３１は、電圧検出器１２から入力される検出電圧信号を、デジタル化する（デジタル信号に変換する）ものである。Ａ／Ｄ変換部１３１は、所定のサンプリング周期Ｔs毎に、アナログ信号である検出電圧信号の標本化を行い、量子化を行って、デジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換部１３１は、デジタル化した検出電圧信号を実効値演算部１３２に出力する。
【００２３】
実効値演算部１３２は、電圧の実効値を演算するものである。実効値演算部１３２は、Ａ／Ｄ変換部１３１から入力されるデジタル化された検出電圧信号から電圧の実効値を演算し、演算した電圧の実効値を、実効値信号Ｖｓとして、デジタルフィルタ１３３に出力する。なお、実効値演算部１３２は、さらに、演算した電圧の実効値から、通過電流を流したときに発生する電圧降下分を考慮した値（ＬＤＣ電圧）を演算し、当該ＬＤＣ電圧をデジタルフィルタ１３３に出力するようにしてもよい。
【００２４】
デジタルフィルタ１３３は、実効値信号Ｖｓを入力とし、当該実効値信号Ｖｓから、所定の期間Ｔperiodにおける急峻な電圧変動成分を除去するものである。デジタルフィルタ１３３は、実効値演算部１３２から入力される実効値信号Ｖｓのうち、所定の期間Ｔperiod分のサンプリングデータを用いて、所定の演算式に基づき、演算を行うことで、フィルタリング処理を行い、急峻な電圧変動成分を除去する。
【００２５】
具体的には、デジタルフィルタ１３３は、Ｚ変換演算子をＺとし、また、上記実効値信号Ｖｓ、上記サンプリング周期Ｔs、上記所定の期間Ｔperiodを用いて、下記（７）式に示す演算を行うことで、実効値信号Ｖｓから急峻な電圧変動成分を除去した動作判定電圧信号ＶTpを算出する。下記（７）において、Ｎperiodは、所定の期間Ｔperiodにおけるサンプリングデータの数を表わしている。そして、デジタルフィルタ１３３は、急峻な電圧変動成分を除去した電圧信号（以下、「動作判定電圧信号」という。）ＶTpを判定部１３４に出力する。なお、所定の期間Ｔperiodに応じて、電圧変動が除去される度合い（平滑化の度合い）が変化する。すなわち、所定の期間Ｔperiodが長いほど、急激な電圧変動成分が除去されやすく、動作判定電圧信号ＶTpの変動は小さくなる（平滑化の度合いが大きい）。一方、所定の期間Ｔperiodが短いほど、急激な電圧変動成分が除去されにくく、動作判定電圧信号ＶTpの変動は大きくなる（平滑化の度合いが小さい）。
【数１】
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【００２６】
判定部１３４は、デジタルフィルタ１３３から入力される動作判定電圧信号ＶTpが、予め設定された、基準電圧を含む所定の不感帯領域を逸脱しているか否かに応じて、タップ付き変圧器１１のタップ切り替えの要否を判定するものである。この不感帯領域は、タップ切り替えが必要であるか否かを判断するための、動作判定電圧信号ＶTpの上限値および下限値の範囲である。例えば、基準電圧を６５４０［Ｖ］、基準電圧を中心とした不感帯幅を±１％とした場合、不感帯領域は、下限値を６４７５［Ｖ］とし、上限値を６６０５［Ｖ］とした範囲となる。したがって、「動作判定電圧信号ＶTpが不感帯領域を逸脱する」とは、動作判定電圧信号ＶTpが不感帯領域の上限値より大きいとき、あるいは、下限値より小さい（下限値に満たない）ときのいずれかを満たすときである。
【００２７】
具体的には、判定部１３４は、動作判定電圧信号ＶTpが不感帯領域の上限値より大きい場合、２次側電圧を下げるようにタップ切り替えが必要であると判定する。また、動作判定電圧信号ＶTpが不感帯領域の下限値より小さい場合、２次側電圧を上げるようにタップ切り替えが必要であると判定する。そして、動作判定電圧信号ＶTpがこれらの両方を満たさない場合、すなわち、不感帯領域の上限値と下限値の範囲内（不感帯領域内）である場合、タップ切り替えが必要でない（不要である）と判定する。そして、判定部１３４は、当該判定結果を、タップ切替指令部１３５に出力する。
【００２８】
なお、所定の期間Ｔperiodおよび不感帯領域の設定範囲に応じて、動作判定電圧信号ＶTpが所定の不感帯領域を逸脱する頻度が異なる。具体的には、所定の期間Ｔperiodが長いほど（平滑化の度合いが大きいほど）、また、不感帯領域が広いほど、動作判定電圧信号ＶTpが不感帯領域を逸脱し難くなり、タップ切り替えの回数を抑制できるが、出力電圧が適正範囲を逸脱してしまう可能性がある。一方、所定の期間Ｔperiodが短いほど（平滑化の度合いが小さいほど）、また、不感帯領域が狭いほど、動作判定電圧信号ＶTpが不感帯領域を逸脱し易くなり、出力電圧が適正範囲を逸脱することを抑制することができるが、タップ切り替えの回数が多くなる。したがって、出力電圧の逸脱抑制およびタップ切り替えの抑制などのバランスを総合的に考慮して、所定の期間Ｔperiodの長さ（平滑化の度合い）、および、不感帯領域の範囲を設定すればよい。
【００２９】
タップ切替指令部１３５は、判定部１３４から入力される判定結果に基づき、タップ切替器１１１にタップの切り替えを指示するタップ切替指令を生成し、タップ切替器１１１に出力するものである。これにより、タップ切替器１１１がタップ切り替えを実行し、タップ付き変圧器１１の２次側電圧が調整される。具体的には、タップ切替指令部１３５は、判定部１３４から入力される判定結果に基づき、２次側電圧を上げるようにタップを切り替える場合、タップを１段階上げるようにタップ切替指令を生成し、タップ切替器１１１に出力する。また、判定結果に基づき、２次側電圧を下げるようにタップを切り替える場合、タップを１段階下げるようにタップ切替指令を生成し、タップ切替器１１１に出力する。そして、判定結果に基づき、タップ切り替えが必要でない場合（不要な場合）、タップ切替指令を生成しない。なお、タップ付き変圧器１１のタップを一度で複数段階変化させることができる場合（例えば、電圧調整装置１をＴＶＲと同様に構成した場合）には、１段階ではなく、複数段階上下させるようタップ切替指令を生成してもよい。
【００３０】
次に、このように構成された電圧調整装置１が行う、出力電圧（タップ付き変圧器１１の２次側電圧）の電圧調整処理について、図２を用いて説明する。
【００３１】
まず、電圧検出器１２がタップ付き変圧器１１の２次側電圧を検出する（ステップＳ１１）。そして、電圧検出器１２によって検出された検出電圧は、検出電圧信号としてＡ／Ｄ変換部１３１に出力される。
【００３２】
Ａ／Ｄ変換部１３１は、入力される検出電圧信号をＡ／Ｄ変換し、デジタル化する（ステップＳ１２）。そして、Ａ／Ｄ変換部１３１は、デジタル化した検出電圧信号を実効値演算部１３２に出力する。実効値演算部１３２は、入力されるデジタル化された検出電圧信号から実効値を演算し（ステップＳ１３）、電圧の実効値信号Ｖｓを、デジタルフィルタ１３３に出力する。
【００３３】
デジタルフィルタ１３３は、入力される実効値信号Ｖｓを用いて、上記（７）式を演算し、入力される実効値信号Ｖｓから急峻な電圧変動成分を除去するフィルタリング処理を行う（ステップＳ１４）。そして、デジタルフィルタ１３３は、上記（７）式によって、算出された動作判定電圧信号ＶTpを判定部１３４に出力する。
【００３４】
判定部１３４は、入力される動作判定電圧信号ＶTpが所定の不感帯領域を逸脱しているか否かに応じて、タップ切り替えの要否を判定する（ステップＳ１５）。具体的には、判定部１３４は、動作判定電圧信号ＶTpが不感帯領域の上限値より大きいか否かを確認し、当該上限値より大きい場合、２次側電圧を下げるようにタップ切り替えが必要であると判定する。一方、当該上限値以下である場合、続いて、動作判定電圧信号ＶTpが不感帯領域の下限値より小さいか否かを確認する。そして、当該下限値より小さい場合、２次側電圧を上げるようにタップ切り替えが必要であると判定する。一方、当該下限値以上である場合、不感帯領域を逸脱していない、すなわち、不感帯領域内であると判断し、タップ切り替えが不要であると判定する。そして、判定部１３４は、当該判定結果をタップ切替指令部１３５に出力する。
【００３５】
タップ切替指令部１３５は、判定部１３４から入力される判定結果に基づき、タップ付き変圧器１１のタップを切り替えるか否かを判断する（ステップＳ１６）。そして、タップ切り替えを実行する場合には（ステップＳ１６でＹＥＳ）、２次側電圧が基準電圧に近づくようにタップ切替指令を生成し、タップ切替器１１１に出力する。そして、タップ切替器１１１が、入力されるタップ切替指令に基づき、タップを切り替えることで、２次側電圧を調整する（ステップＳ１７）。一方、タップ切替指令部１３５は、判定部１３４から入力される判定結果に基づき、タップ切り替えを実行しない場合には（ステップＳ１６でＮＯ）、タップ切替指令を生成しない。したがって、タップ切替器１１１にタップ切替指令が出力されないので、タップ切り替えは行われない。
【００３６】
具体的には、ステップＳ１６において、判定部１３４の判定結果が２次側電圧を下げるようにタップ切り替えが必要であるとの判定結果であった場合、タップ切替指令部１３５は、タップを１段階下げるようにタップ切替指令を生成し、タップ切替器１１１に出力する。そして、タップ切替器１１１が当該タップ切替指令に基づき、タップを１段階下げることで、２次側電圧が１タップ分減少する。または、ステップＳ１６において、判定部１３４の判定結果が２次側電圧を上げるようにタップ切り替えが必要であるとの判定結果であった場合、タップ切替指令部１３５は、タップを１段階上げるようにタップ切替指令を生成し、タップ切替器１１１に出力する。そして、タップ切替器１１１が当該タップ切替指令に基づき、タップを１段階上げることで、２次側電圧が１タップ分上昇する。あるいは、ステップＳ１６において、判定部１３４の判定結果がタップ切り替えが不要であるとの判定結果である場合、タップ切替指令部１３５は、タップ切替指令を生成しない。したがって、タップは切り替わらない。
【００３７】
電圧調整装置１は、上記電圧調整処理を繰り返し行うことで、タップ付き変圧器１１の２次側電圧から動作判定電圧ＶTpを算出し、当該動作判定電圧ＶTpに基づき、タップ切り替えを制御している。これにより、電圧調整装置１の出力電圧が、適正範囲となるように自動的に調整される。
【００３８】
以上より、本発明の第１実施形態に係る電圧調整装置１は、デジタルフィルタ１３３が上記（７）式に示す演算式により２次側電圧に基づく実効値信号Ｖｓをフィルタリング処理し、タップ付き変圧器１１の２次側電圧から急峻な電圧変動成分を除去した動作判定電圧信号ＶTpを算出するようにした。そして、判定部１３４が動作判定電圧信号ＶTpが不感帯領域を逸脱しているか否かに応じて、タップ切り替えの要否を判定し、タップ切り替えが必要な場合にタップを切り替えるようにした。これにより、動作判定電圧信号ＶTpが不感帯領域を逸脱した場合、即時にタップ切り替えが実行されるため、出力電圧が適正範囲を逸脱することを抑制することができる。そして、急峻な電圧変動成分が除去された動作判定電圧信号ＶTpに基づき、タップ切り替えの要否が判定されるので、平滑化された電圧変動に対して、タップ切り替えの要否を判定することができる。したがって、不要なタップ切り替えを抑制することができる。そして、タップ切り替えの回数を抑制することができれば、電圧調整装置１の機器寿命が延長する効果も奏することができる。
【００３９】
上記第１実施形態に係るデジタルフィルタ１３３において、上記（７）式に示す演算式を用いて、フィルタリング処理を行う場合を例に説明したが、これに限定されない。例えば、下記（８）式に示す演算式、あるいは、下記（９）式に示す演算式を用いてもよい。この場合、当該デジタルフィルタ１３３を、低域の周波数帯域を通過させるローパスフィルタ、あるいは、低域における必要な範囲の周波数帯のみを通過させるバンドパスフィルタとして機能するように、この下記（８）式および下記（９）式におけるフィルタ次数およびフィルタ係数を設定しておく。
【数２】
2017131108.tif 000004
【００４０】
例えば、上記（８）式の場合、下記（８−１）式のように、フィルタ次数およびフィルタ係数を設定することで、デジタルフィルタ１３３は、１０分で追従する２次のローパスフィルタとして機能し、１０分以下の急峻な電圧変動成分を除去する。なお、図３に、このときの周波数特性（図３（ａ））およびステップ応答特性（図３（ｂ））を示す。
【数３】
2017131108.tif 000005
【００４１】
また、上記（８）式を、下記（８−２）式のように、フィルタ次数およびフィルタ係数を設定することで、デジタルフィルタ１３３は、３０秒の電圧変動成分のみを抜き出す２次のバンドパスフィルタとして機能する。なお、図４に、このときの周波数特性（図４（ａ））およびステップ応答特性（図４（ｂ））を示す。
【数４】
2017131108.tif 000006
【００４２】
一方、上記（９）式の場合、下記（９−１）式のように、フィルタ次数およびフィルタ係数を設定することで、デジタルフィルタ１３３は、１０分で追従する５４０次のローパスフィルタとして機能し、１０分以下の急峻な電圧変動成分を除去する。なお、係数Ｘiは、デジタルフィルタ１３３が図５に示す周波数特性（図５（ａ））およびステップ応答特性（図５（ｂ））となる係数である。また、このときのフィルタ次数は、サンプリング周期が１［ｓ］にて算出した次数であり、実際に適用する場合には、膨大な計算となる可能性があるため、サンプリング周期Ｔsを大きくする等の対処をしておくことが望ましい。
【数５】
2017131108.tif 000007
【００４３】
また、上記（９）式を、下記（９−２）式のように、フィルタ次数およびフィルタ係数を設定することで、デジタルフィルタ１３３は、３０秒の電圧変動成分のみを抜き出す４６次のバンドパスフィルタとして機能する。なお、係数Ｘiは、デジタルフィルタ１３３が、図６に示す周波数特性（図６（ａ））およびステップ応答特性（図６（ｂ））となる係数である。
【数６】
2017131108.tif 000008
【００４４】
これらのように、デジタルフィルタ１３３をローパスフィルタあるいはバンドパスフィルタとして機能するように、上記（８）式または上記（９）式のフィルタ次数およびフィルタ係数を設定することで、上記（７）式の代わりに、上記（８）式または上記（９）式を代用してもよい。デジタルフィルタ１３３に上記（７）式に示す演算式を用いた場合、上記（８）式および上記（９）式のように、フィルタ次数およびフィルタ係数を設定する必要がなく、容易に設計することができる。一方、デジタルフィルタ１３３に上記（８）式あるいは上記（９）式に示す演算式を用いた場合、設定するフィルタ次数およびフィルタ係数に応じて、除去したい周波数を調整することができる。したがって、除去したい電圧変動成分が分かっている場合には、当該電圧変動成分のみを除去するように、細かく調整することができる。なお、利用する電圧調整装置１に応じて、適宜、上記（７）式ないし上記（９）式のいずれかを利用すればよい。なお、上記（８−１）式，（８−２）式，（９−１）式，（９−２）式におけるフィルタ次数およびフィルタ係数は一例であり、上記したものに限定されるものではない。
【００４５】
上記第１実施形態に係る判定部１３４において、動作判定電圧信号ＶTpが不感帯領域を逸脱したときに、タップの切り替えが必要であると判定する場合を例に説明したが、これに限定されない。例えば、判定部１３４が、デジタルフィルタ１３３から入力される動作判定電圧信号ＶTpを用いて、当該動作判定電圧信号ＶTpが不感帯領域を逸脱した期間が所定時間以上継続した場合に、タップの切り替えが必要であると判定してもよい。あるいは、デジタルフィルタ１３３から入力される動作判定電圧信号ＶTpを用いて、動作判定電圧信号ＶTpと不感帯領域と差電圧を積分し、当該積分値が所定値以上となった場合に、タップの切り替えが必要であると判定してもよい。また、差電圧ではなく、動作判定電圧信号ＶTpを積分し、当該積分値が所定の範囲を逸脱した場合に、タップの切り替えが必要であると判定してもよい。このようにすることで、電圧調整装置１が複数台直列に連系されている場合に、動作ハンチング（前後の電圧調整装置同士で不要動作を繰り返す現象）を防止できる。
【００４６】
上記第１実施形態に係る制御部１３において、判定部１３４は、デジタルフィルタ１３３から入力される動作判定電圧信号ＶTpに基づき、タップの切り替えが必要であるか否かを判定する場合を例に説明したが、少なくとも上記動作判定電圧信号ＶTpを用いてタップ切り替えの要否を行うものであれば、これに限定されない。例えば、判定部１３４は、動作判定電圧信号ＶTpの他に、電圧検出器１２が検出した２次側電圧を監視し、動作判定電圧信号ＶTpが上記不感帯領域を逸脱した場合、および、２次側電圧が当該２次側電圧に対する不感帯領域を逸脱した場合の両方を満たす場合に、タップの切り替えが必要であると判定してもよい。このときの２次側電圧は、実効値演算部１３２が演算した実効値信号Ｖｓが用いられる。なお、この２次側電圧によるタップ切り替えの要否判定において、上記した時間判定方式あるいは積分判定方式を用いてもよい。
【００４７】
また、上記第１実施形態に係る電圧調整装置１において、デジタルフィルタ１３３が行うフィルタリング処理では、所定の期間Ｔperiodにおいて急峻とされる電圧変動成分を除去できるが、実系統においては、種々要因による電圧変動も存在している。例えば、短期間で急激な変動（乱高下）が発生することもある。このような状況において、上記第１実施形態のデジタルフィルタ１３３では、所定の期間Ｔperiodにおける急峻な電圧変動を除去するため、当該期間Ｔperiodと比べ、短い期間における急峻な電圧変動をフィルタリング処理により除去してしまう場合がある。したがって、上記第１実施形態では、配電線に設置された機器に悪影響を及ぼす、急激な乱高下を無視してしまう可能性があり、このとき、タップが切り替わらない。そこで、デジタルフィルタ１３３とは異なるデジタルフィルタをさらに追加し、短期間における急峻な電圧変動に対応できるようにしてもよい。この場合を第２実施形態として、以下に説明する。なお、上記第１実施形態と同一あるいは類似の構成については、同じ符号を付して、その説明を省略する。
【００４８】
図７は、本発明の第２実施形態に係る電圧調整装置２を説明するための図である。電圧調整装置２は、上記第１実施形態に係る電圧調整装置１と比較し、制御部１３が制御部２３に置き換わっている点で異なる。
【００４９】
制御部２３は、上記第１実施形態に係る制御部１３と比較し、デジタルフィルタ１３３の他に、当該デジタルフィルタ１３３と異なるデジタルフィルタ２３３が追加され、かつ、判定部２３４によるタップ切り替えの要否判定の方法が異なる。
【００５０】
デジタルフィルタ２３３は、実効値信号Ｖｓを入力として、当該実効値信号Ｖｓから、上記第１実施形態に係る所定の期間（説明の便宜を図り、第２実施形態において「第１の期間」と表現する。）Ｔperiodよりも短い第２の期間Ｔbaseにおける急峻な電圧変動成分を除去するものである。デジタルフィルタ２３３は、急峻な電圧変動成分を除去した電圧信号（以下、「第２動作電圧信号」という。）ＶTbを判定部２３４に出力する。なお、以下の説明の便宜を図り、第２実施形態において、上記デジタルフィルタ１３３が算出する動作判定電圧信号ＶTpを第１動作判定電圧信号ＶTpと表現する。デジタルフィルタ２３３は、実効値演算部１３２から入力される実効値信号Ｖｓと、過去の第２の期間Ｔbase分の実効値信号Ｖｓのサンプリングデータを用いて、所定の演算式を算出することで、フィルタリング処理を行い、急峻な電圧変動成分を除外する。
【００５１】
具体的には、デジタルフィルタ２３３は、上記実効値信号Ｖｓ、上記サンプリング周期Ｔs、上記第２の期間をＴbase、上記Ｚ変換演算子Ｚを用いて、下記（１０）式に示す演算を行うことで、実効値信号Ｖｓから急峻な電圧変動成分を除去した第２動作判定電圧信号ＶTbを算出する。下記（１０）式において、Ｎbaseは、第２の期間Ｔbaseにおけるサンプリングデータの数を表わしている。したがって、デジタルフィルタ２３３は、デジタルフィルタ１３３と比較し、第１の期間Ｔperiodよりも短い第２の期間Ｔbaseにおけるサンプリングデータを用いている点で異なる。デジタルフィルタ２３３において、第２の期間Ｔbaseが第１の期間Ｔperiodよりも短いため、除去される電圧変動成分は少なくなり、第２動作判定電圧信号ＶTbは、同期間における第１動作判定電圧信号ＶTpに比べ、電圧変動は大きなもの（平滑化の度合いが小さいもの）となる。
【数７】
2017131108.tif 000009
【００５２】
なお、デジタルフィルタ２３３においても、上記デジタルフィルタ１３３と同様に、下記（１１）式または下記（１２）式に示す演算式を用いて、フィルタリング処理を行うようにしてもよい。ただし、上記（１０）式に示す演算式を用いることで、下記（１１）式または下記（１２）式に示す演算式を用いる場合に比べ、デジタルフィルタ２３３を容易に設定することできる。
【数８】
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【００５３】
判定部２３４は、上記判定部１３４と同様に、デジタルフィルタ１３３から入力される第１動作判定電圧信号ＶTpが、上記第１実施形態に係る不感帯領域（説明の便宜を図り、第２実施形態において「第１不感帯領域」と表現する。）を逸脱しているか否かに応じて、タップ付き変圧器１１のタップ切り替えの要否を判定するものである。ただし、判定部２３４は、デジタルフィルタ２３３から入力される第２動作判定電圧信号ＶTbが、予め設定された、基準電圧を含む第２不感帯領域を逸脱している場合には、第１動作判定電圧信号に基づく判定結果に関わらず、タップ切り替えが必要であると判定する。なお、当該第２不感帯領域は、第１不感帯領域と同様に、タップ切り替えが必要であるか否かを判断するための、第２動作判定電圧信号ＶTbの上限値および下限値の範囲である。
【００５４】
具体的には、判定部２３４は、第２動作判定電圧信号ＶTbが第２不感帯領域の上限値より大きい場合、２次側電圧を下げるようにタップ切り替えが必要であると判定する。また、第２動作判定電圧信号ＶTbが第２不感帯領域の下限値より小さい場合、２次側電圧を上げるようにタップ切り替えが必要であると判定する。そして、第２動作判定電圧信号ＶTbがこれらの両方を満たさない場合、すなわち、第２不感帯領域の上限値と下限値の範囲内（第２不感帯領域内）である場合、続いて、上記判定部１３４と同様に第１動作判定電圧信号ＶTpが第１不感帯領域を逸脱しているか否かに基づき、タップ切り替えの要否を判定する。そして、判定部２３４は、当該判定結果をタップ切替指令部１３５に出力する。なお、上記第１実施形態と同様に、出力電圧の逸脱抑制およびタップ切り替えの抑制などのバランスを総合的に考慮して、第２不感帯領域、および、第２の期間Ｔbaseの長さ（平滑化の度合い）を設定すればよい。
【００５５】
次に、このように構成された電圧調整装置２が行う、出力電圧の電圧調整処理について、説明する。なお、第２実施形態に係る電圧調整処理は、第１実施形態における電圧調整処理（図２参照）と比較し、ステップＳ１４とステップＳ１５の処理が異なっている。なお、当該第２実施形態に係る電圧調整処理のフローチャートは、第１実施形態に係る電圧調整処理のフローチャート（図２参照）と略同じであるため、その図示を省略する。
【００５６】
上記第１実施形態に係る電圧調整処理のステップＳ１４では、デジタルフィルタ１３３が上記（７）式を演算することで、入力される実効値信号Ｖｓをフィルタリング処理し、第１動作判定電圧信号ＶTpを算出した。これに対し、第２実施形態においては、デジタルフィルタ１３３によるフィルタリング処理に加え、デジタルフィルタ２３３が上記（１０）式を演算することで、入力される実効値信号Ｖｓをフィルタリング処理し、第２動作判定電圧信号ＶTbを算出する。
【００５７】
そして、上記第１実施形態に係る電圧調整処理のステップＳ１５では、第１動作判定電圧信号ＶTpが第１不感帯領域を逸脱しているか否かに応じて、タップ切り替えの要否を判定していた。これに対して、第２実施形態においては、さらに、第２動作判定電圧信号ＶTbが第２不感帯領域を逸脱しているか否かに応じて、タップ切り替えの要否を判定する。具体的には、判定部２３４は、まず、第２動作判定電圧信号ＶTbが第２不感帯領域の上限値より大きいか否かを確認し、第２不感帯領域の上限値より大きい場合、２次側電圧を下げるようにタップ切り替えが必要であると判定する。一方、第２不感帯領域の上限値以下である場合、続いて、第２動作判定電圧信号ＶTbが第２不感帯領域の下限値より小さいか否かを確認する。そして、第２不感帯領域の下限値より小さい場合、２次側電圧を上げるようにタップ切り替えが必要であると判定する。一方、第２不感帯領域の下限値以上である場合、第２不感帯領域を逸脱していない、すなわち、第２不感帯領域内であると判断し、次に、第１動作判定電圧信号ＶTpが第１不感帯領域の上限値より大きいか否かを確認する。そして、第１不感帯領域の上限値より大きい場合、２次側電圧を下げるようにタップ切り替えが必要であると判定する。一方、第１不感帯領域の上限値以下である場合、続いて、第１動作判定電圧信号ＶTpが第１不感帯領域の下限値より小さいか否かを確認する。そして、第１不感帯領域の下限値より小さい場合、２次側電圧を上げるようにタップ切り替えが必要であると判定する。一方、第１不感帯領域の下限値以上である場合、第１不感帯領域を逸脱していない、すなわち、第１不感帯領域内であると判断し、この場合、タップ切り替えが不要であると判定する。そして、判定部２３４は、当該判定結果をタップ切替指令部１３５に出力する。
【００５８】
電圧調整装置２は、上記電圧調整処理を繰り返し行うことで、タップ付き変圧器１１の２次側電圧から第１動作判定電圧ＶTpおよび第２動作判定電圧ＶTbを算出し、第１動作判定電圧ＶTpおよび第２動作判定電圧ＶTbに基づき、タップ切り替えを制御している。これにより、電圧調整装置２の出力電圧が、適正範囲となるように自動的に調整される。
【００５９】
次に、上記電圧調整装置２を用いた、シミュレーションによる検証結果について、説明する。ここで、従来の電圧調整装置と、本発明に係る電圧調整装置２との性能比較検証を実施した。
【００６０】
当該シミュレーションでは、従来の電圧調整装置および本発明の電圧調整装置２において、基準電圧を６５４０［Ｖ］、出力電圧の適正範囲を６４００［Ｖ］〜６７００［Ｖ］とした。また、従来の電圧調整装置は、時間判定方式によりタップ切り替えの判定を行い、当該時間判定方式における時間を４５秒とした。一方、本発明の電圧調整装置２は、デジタルフィルタ１３３の第１の期間Ｔperiodを１０分間、デジタルフィルタ２３３の第２の期間Ｔbaseを３０秒とし、第１不感帯領域を基準電圧６５４０［Ｖ］の±１％（６４７５［Ｖ］〜６６０５［Ｖ］）、第２不感帯領域を６４０５［Ｖ］〜６６９５［Ｖ］とした。サンプリング周期Ｔsは１秒とした。また、各電圧調整装置に用いたタップ付き変圧器のタップの段階数は９段階であり、５を中心とした上下に４段階のタップを有するものを利用した。そして、これらの電圧調整装置に入力する電圧（１次側電圧）の入力波形は図８に示すものとした。
【００６１】
このような条件下で、シミュレーションをした結果、従来の電圧調整装置では、出力電圧が適正範囲を逸脱したときの差電圧の１分間当たりの平均値（１分間当たりの逸脱量）は、５２［Ｖ・ｍｉｎ］であったのに対して、本発明の電圧調整装置２では、０［Ｖ・ｍｉｎ］であった。また、タップ切り替えの回数においても、従来の電圧調整装置では８２回であったのに対し、本発明の電圧調整装置２では１４回であった。したがって、本発明に係る電圧調整装置２は、出力電圧が適正範囲を逸脱することを回避し、出力電圧を適正範囲内に制御できていた。また、出力電圧を適正範囲内に制御しつつ、タップ切り替えの回数が少なくなっており、不要なタップ切り替えを抑制できていた。これについて、図９に示す当該シミュレーションの詳細結果を参照して、詳しく説明する。
【００６２】
図９（ａ）は、本発明の電圧調整装置２において、デジタルフィルタ１３３が算出した第１動作判定電圧信号ＶTpの推移を表わしている。図９（ｂ）は、タップ位置（タップ動作）の推移を表わし、左図が従来の電圧調整装置、右図が本発明の電圧調整装置２の結果である。図９（ｃ）は、電圧調整装置の出力電圧の推移を表わし、左図が従来の電圧調整装置、右図が本発明の電圧調整装置２の結果である。なお、図９（ｃ）は、１秒毎の出力電圧の結果をプロットしている。そして、図９（ｄ）は、１分間での逸脱量の推移を表わし、左図が従来の電圧調整装置、右図が本発明の電圧調整装置２の結果である。
【００６３】
従来の電圧調整装置では、タップ切り替えの要否を、図８に示す入力電圧が所定の不感帯領域を逸脱する時間に基づき判定していたため、図９（ｂ）左図に示すように、急峻な電圧変動によって、頻繁にタップの切り替えが発生していることが分かる。そして、このタップ切り替えに起因して、図９（ｃ）左図に示すように、出力電圧が適正範囲を逸脱していることも分かる。したがって、従来の電圧調整装置では、不要なタップ切り替えが発生していると言える。このとき、図９（ｄ）左図に示すように、１分間での逸脱量は５２［Ｖ・ｍｉｎ］であった。
【００６４】
一方、本発明の電圧調整装置２では、タップ切り替えの要否を、図９（ａ）に示すデジタルフィルタ１３３によるフィルタリング処理後の第１動作判定電圧信号ＶTp、および、デジタルフィルタ２３３によるフィルタリング処理後の第２動作判定電圧信号ＶTbに基づき判定したことで、図９（ｂ）右図に示すように、タップ切り替えの回数が少なくなったことが分かる。また、図９（ｃ）右図に示すように、急峻な電圧変動によって、１秒毎の出力電圧では、数回、出力電圧が適正範囲の下限を逸脱しているものの、図９（ｄ）右図に示すように、１分間の逸脱量では、逸脱は見られず、出力電圧が適正範囲を逸脱することを回避できている。また、図９（ａ）において、デジタルフィルタ１３３によるフィルタリング処理により、平滑化された電圧変動となっていることが分かる。したがって、デジタルフィルタ１３３が上記（７）に示す演算式によりフィルタリング処理を行うことで、急峻な電圧変動成分を除去できていることが分かる。よって、本シミュレーションにおいて、本発明の電圧調整装置２は、タップ切り替えの回数が少なくても、出力電圧を適正範囲内に制御できていると言える。
【００６５】
以上より、本発明の第２実施形態に係る電圧調整装置２において、上記第１実施形態に係る電圧調整装置１にデジタルフィルタ２３３を追加し、判定部２３４が、第１動作判定電圧信号ＶTpが第１不感帯領域を逸脱しているか否か、および、第２動作判定電圧信号ＶTbが第２不感帯領域を逸脱しているか否かに応じて、タップ切り替えを行うようにした。これにより、電圧調整装置２は、第１動作判定電圧信号ＶTpが第１不感帯領域を逸脱した場合に、タップ切り替えが実行されるため、上記第１実施形態と同様の効果を奏することができる。また、第２動作判定電圧信号ＶTbが第２不感帯領域を逸脱した場合にもタップ切り替えが実行されるため、デジタルフィルタ１３３では除去されてしまう急峻な電圧変動にも対応することができる。したがって、出力電圧が適正範囲を逸脱することを、より抑制することができる。
【００６６】
上記第２実施形態において、制御部２３に２種類のデジタルフィルタ１３３，２３２を備えた場合を例に説明したが、これに限定されず、複数種類のデジタルフィルタを備えておいてもよい。このとき、各デジタルフィルタにおける所定の期間をそれぞれ異なるように設定しておくことで、任意の電圧変動成分を除去できるようになる。これにより、様々な電圧変動成分に対応することができ、出力電圧が適正範囲を逸脱することを、より抑制することができる。
【００６７】
上記第１実施形態および上記第２実施形態において、判定部１３４（２３４）が判定結果をタップ切替指令部１３５に出力し、タップ切替指令部１３５は、判定結果に基づき、タップ切り替えが必要な場合、タップ切替指令を生成し、タップ切り替えが必要でない場合（不要な場合）、タップ切替指令を生成しない場合を例に説明したが、これに限定されない。例えば、判定部１３４（２３４）による判定の結果、タップ切り替えが必要であると判定した場合のみ、判定部１３４（２３４）からタップ切替指令部１３５にタップ切替指令の生成を指示し、当該タップ切替指令の生成の指示に応じて、タップ切替指令部１３５がタップ切替指令を生成するようにしてもよい。
【００６８】
以上、本発明に係る電圧調整装置について説明したが、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載の内容を逸脱しなければ、各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【符号の説明】
【００６９】
１，２  電圧調整装置
１１  タップ付き変圧器
１１１  タップ切替器
１２  電圧検出器
１３，２３  制御部
１３１  Ａ／Ｄ変換部
１３２  実効値演算部
１３３，２３３  デジタルフィルタ
１３４，２３４  判定部
１３５  タップ切替指令部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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