JP2018186598A - 電圧調整装置 - Google Patents

Abstract

【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路に三相分の二次巻線が直列に接続されており、一次巻線がスター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、前記配電線路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三相分の一次巻線が並列に接続されており、二次巻線がデルタ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

Description

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。

いわゆる間接切換方式による電圧調整装置は、二次巻線が配電線路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、一次巻線が配電線路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路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。

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。

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。

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（スター）結線としたＶ−Ｙ結線方式が主流である。非特許文献１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路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。

このＴＶＲは、非特許文献１に述べられているとおり「配電線路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、高い電圧不平衡の改善効果が得られる」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。

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３参照）。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。

特開平８−３３５１１９号公報 特開平８−３３５１２１号公報 特開２０１６−４２２７９号公報

奥村 貴博、杉山 剛、伊藤 勝志、苻川 謙治、梶田 寛、高木 俊明、「三相電圧不平衡対応機能付サイリスタ式自動電圧調整器の開発」、平成２８年電気学会、電力・エネルギー部門大会、論文Ｎｏ．１７３（２０１６）

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。

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。

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路に三相分の二次巻線が直列に接続されており、一次巻線がスター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、前記配電線路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三相分の一次巻線が並列に接続されており、二次巻線がデルタ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。

本発明にあっては、三相分の二次巻線が三相の配電線路に直列接続される直列変圧器の一次巻線がスター（Ｙ）結線されており、三相分の一次巻線が配電線路に並列接続される調整変圧器の二次巻線がデルタ（Δ）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、配電線路の三相の電圧が調整される。

本発明に係る電圧調整装置は、前記調整変圧器は、一次巻線がデルタ結線されている。

本発明にあっては、調整変圧器の一次巻線及び二次巻線がΔ−Δ結線されているため、Ｙ−Δ結線されている場合のように、一次側と二次側とで線間電圧に３０度の位相差が生じることがなく、配電線路の線間電圧及び調整変圧器の変圧比から調整電圧が容易に決定される。

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。

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、配電線路の三相の電圧の不平衡を調整する際の自由度が高い。

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。

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。

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路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。

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路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、配電線路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。

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。

本発明にあっては、配電線路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。

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。

本発明の実施の形態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。 実施の形態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接続を取り出して示す説明図である。 実施の形態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。 実施の形態１に係る電圧調整装置における調整変圧器の二次側及び直列変圧器の一次側に夫々誘起する電圧ベクトルを示すベクトル図である。 本発明の変形例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。 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間の接続を取り出して示す説明図である。 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間の三相の結線関係を視覚的に示す説明図である。 変形例１に係る電圧調整装置における調整変圧器の二次側及び直列変圧器の一次側に夫々誘起する電圧ベクトルを示すベクトル図である。 変形例１に係る電圧調整装置における配電線路の電圧ベクトルを示すベクトル図である。 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に夫々誘起する電圧の計測結果を示す図表である。 本発明の変形例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。 変形例２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接続を取り出して示す説明図である。 変形例２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。 変形例２に係る電圧調整装置における調整変圧器の二次側及び直列変圧器の一次側に誘起する電圧ベクトルを示すベクトル図である。 変形例２に係る電圧調整装置における配電線路の電圧ベクトルを示すベクトル図である。 本発明の実施の形態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。 実施の形態２に係る電圧調整装置で配電線路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。 ４つの解析ケースにおける電源側の線間電圧及び調整変圧器の変圧比を示す図表である。 ４つの解析ケースにおける電源側及び負荷側夫々の線間電圧と不平衡率とを示す図表である。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態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，Ｖ，Ｗ三相の交流電圧を紙面の右向きに配電する配電線路である。電圧調整装置は、配電線路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、配電線路１ｕ，１ｖ，１ｗに一次巻線３１１，３２１，３３１が並列に接続される調整変圧器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。

電圧調整装置は、また、一次巻線がデルタ（Δ）結線された三相の計測用変圧器５を介して配電線路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。

電圧検出部６２は、配電線路１ｕ，１ｖ，１ｗの線間電圧を検出するものであるが、一次巻線がスター（Ｙ）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が配電線路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路１ｕ，１ｖ，１ｗの電圧を検出してもよい。

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はスター結線されている。一次巻線２１１，２２１，２３１夫々の一端同士が接続された中性点Ｎは接地されている。一次巻線２１１，２２１，２３１夫々の他端を端子ｕ１，ｖ１，ｗ１とする。

調整変圧器３は、一次巻線３１１が配電線路１ｕ，１ｖ間に、一次巻線３２１が配電線路１ｖ，１ｗ間に、一次巻線３３１が配電線路１ｗ，１ｕ間に夫々接続されている。即ち、一次巻線３１１，３２１，３３１が配電線路１ｕ，１ｖ，１ｗに対してデルタ結線されているが、スター結線されていてもよい。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。一次巻線３１１，３２１，３３１がデルタ結線されている場合、調整変圧器３は、配電線路１ｕ，１ｖ，１ｗにおけるＵ，Ｖ相間、Ｖ，Ｗ相間及びＷ，Ｕ相間の線間電圧を同位相で変圧する。

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，ｔｂ，ｔｃは、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に接続される。

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。

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、直列変圧器の一次側の端子ｕ１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、直列変圧器の一次側の端子ｖ１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、直列変圧器の一次側の端子ｖ１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、直列変圧器の一次側の端子ｗ１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、直列変圧器の一次側の端子ｗ１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、直列変圧器の一次側の端子ｕ１に接続されている。

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。

タップｔｂに対するタップｔａの電圧は、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の相対的な変圧比を１、−１、２、−２、３及び−３から選択することができる。

本実施の形態１では、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、説明のために、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。

次に、端子Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２と、端子ｕ１，ｖ１，ｗ１との接続関係及び電圧の関係について説明する。図２は、実施の形態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間の接続を取り出して示す説明図であり、図３は、実施の形態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４は、実施の形態１に係る電圧調整装置における調整変圧器３の二次側及び直列変圧器２の一次側に夫々誘起する電圧ベクトルを示すベクトル図である。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。

図１を参照して、図２及び３における接続関係を説明すると、端子Ｕ１，Ｗ２夫々は、切換スイッチＳ２，Ｓ６を介して端子ｕ１に接続されている。端子Ｖ１，Ｕ２夫々は、切換スイッチＳ２，Ｓ６を介して端子ｖ１に接続されている。端子Ｗ１，Ｖ２夫々は、切換スイッチＳ２，Ｓ６を介して端子ｗ１に接続されている。図４は、紙面右側に示す調整変圧器３に誘起する電圧が、紙面左側に示す直列変圧器２に印加されることにより、電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗが誘起することを示すものである。

配電線路１ｕ，１ｖ間の線間電圧Ｖ１ｕｖ（図４の紙面右向きの一点鎖線を参照）を変圧することによって、端子Ｕ２に対して端子Ｕ１にＶ１ｕｖと同位相で誘起する電圧をＶｕｖとする。同様に、端子Ｖ２に対して端子Ｖ１に誘起する電圧をＶｖｗとし、端子Ｗ２に対して端子Ｗ１に誘起する電圧をＶｗｕとする。電圧ＶｕｖがＵ，Ｖ相間の調整電圧として端子ｕ１，ｖ１間に印加され、電圧ＶｖｗがＶ，Ｗ相間の調整電圧として端子ｖ１，ｗ１間に印加され、電圧ＶｗｕがＷ，Ｕ相間の調整電圧として端子ｗ１，ｕ１間に印加される。これにより、端子ｕ１，ｖ１，ｗ１夫々と中性点Ｎとの間に電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗが誘起する。

なお、調整変圧器３の一次巻線３１１，３２１，３３１が配電線路１ｕ，１ｖ，１ｗに対してスター結線されている場合は、線間電圧Ｖ１ｕｖの電圧ベクトルが図４に一点鎖線で示すものより３０度だけ位相が進み、電圧Ｖｕｖの大きさも変化する。具体的には、後述するベクトル演算に際し、線間電圧Ｖ１ｕｖの電圧ベクトルに対する電圧Ｖｕｖの電圧ベクトルの位相が３０度だけ遅れ、且つ、電圧Ｖｕｖの大きさが１／（√３）になることに留意する。

端子Ｕ２と端子Ｖ１が接続され、端子Ｖ２と端子Ｗ１が接続され、端子Ｗ２と端子Ｕ１が接続されることにより、調整変圧器３の二次側にデルタ結線の閉回路が形成される（図３参照）。図４に示されるように、電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕ夫々の電圧ベクトルは、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（図４参照）。よって、調整変圧器３の端子Ｕ１，Ｗ２，Ｗ１，Ｖ２，Ｖ１，Ｕ２を通る閉回路には、上記電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕ夫々のベクトル和による短絡ループ電流が流れない（図３参照）。

図４では、電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕ夫々の電圧ベクトルを、調整変圧器３について矢印付きの実線で示してあり、これらを直列変圧器２の端子間に印加するために平行移動したものを矢印付きの波線で示してある。図から把握されるように、直列変圧器２の端子ｕ１，ｖ１，ｗ１夫々と中性点Ｎとの間に誘起する電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗは、大きさが等しく、且つ位相が互いに２π／３だけずれている。このため、電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗ夫々のベクトル和がゼロになり、Ｖ０は発生しない。これらの電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗを直列変圧器で変圧した電圧が、配電線路１ｕ，１ｖ，１ｗの相電圧に重畳されるため、負荷側の配電線路１ｕ，１ｖ，１ｗの電圧が均等に昇圧される。

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路１ｕ，１ｖ，１ｗの電圧、又は別途検出した配電線路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。

（変形例１）
実施の形態１が、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とする形態であるのに対し、変形例１は、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：−１：０とする形態である。図５は、本発明の変形例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。変形例１における電圧調整装置の構成は、実施の形態１における図１に示す電圧調整装置の構成と同一であり、タップｔａ，ｔｂ，ｔｃを切り換えるためにオンにする切換スイッチが異なるのみであるため、実施の形態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。

本変形例１では、二次巻線３１２，３２２夫々について、図５に黒で塗りつぶした切換スイッチＳ３，Ｓ５をオンにしてタップｔｃ，ｔｂを選択することにより、二次巻線３１２，３２２夫々から取り出される調整電圧の比を−１：−１とする。また、二次巻線３３２について、図５に黒で塗りつぶした切換スイッチ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３３２から取り出される調整電圧の大きさを０とする。この場合、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ｗ１，ｕ１間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。

次に、端子Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２と、端子ｕ１，ｖ１，ｗ１との接続関係及び電圧の関係について説明する。図６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間の接続を取り出して示す説明図であり、図７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間の三相の結線関係を視覚的に示す説明図である。図８は、変形例１に係る電圧調整装置における調整変圧器３の二次側及び直列変圧器２の一次側に夫々誘起する電圧ベクトルを示すベクトル図である。

図５を参照して、図６及び７における接続関係を説明すると、端子Ｕ２は、切換スイッチＳ３を介して端子ｕ１に接続されている。端子Ｕ１，Ｖ２夫々は、切換スイッチＳ５，Ｓ３を介して端子ｖ１に接続されている。端子Ｖ１，Ｗ１夫々は、切換スイッチＳ５，Ｓ２を介して端子ｗ１に接続されている。端子Ｗ１は、また、切換スイッチＳ５を介して端子ｕ１に接続されている。図８は、紙面右側に示す調整変圧器３に誘起する電圧が、紙面左側に示す直列変圧器２に印加されることにより、電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗが誘起することを示すものである。各電圧ベクトルの相対的な大きさは、枠で囲まれた数値によって示されている。

配電線路１ｕ，１ｖ間の線間電圧Ｖ１ｕｖ（図８の紙面右向きの一点鎖線を参照）を変圧することによって、端子Ｕ１に対して端子Ｕ２にＶ１ｕｖと逆位相で誘起する電圧をＶｕｖとする。この電圧Ｖｕｖの電圧ベクトルの大きさを１とする。電圧Ｖｕｖの電圧ベクトルは、図４に示す電圧Ｖｕｖの電圧ベクトルと比較して大きさが同じで向きが逆である。同様に、端子Ｖ１に対して端子Ｖ２に誘起する電圧Ｖｖｗは、図４に示す電圧Ｖｖｗの電圧ベクトルと比較して大きさが同じで向きが逆である。この電圧Ｖｖｗの電圧ベクトルの大きさも１である。電圧Ｖｕｖ及びＶｖｗ夫々の電圧ベクトルは、位相が互いに２π／３だけずれている。

本変形例１では、端子Ｕ１と端子Ｖ２が接続され、端子Ｖ１と端子Ｕ２が接続されることにより、調整変圧器３の二次側にデルタ結線の閉回路が形成される（図７参照）。図８に示されるように、電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗの電圧ベクトルだけではベクトル和がゼロにならず、図６及び７に示すループ電流Ｉｒが流れることによって、電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗのベクトル和と正反対の電圧ベクトルで示される大きさが１の電圧Ｖｒｐが誘起する。

この場合、端子Ｕ１，Ｕ２間の励磁インピーダンスと、端子Ｖ１，Ｖ２間の励磁インピーダンスとが等しいから、電圧Ｖｒｐは端子Ｕ１，Ｕ２間と、端子Ｖ１，Ｖ２間とで、１／２Ｖｒｐずつ分担される。その結果、端子Ｕ１，Ｕ２間及び端子Ｖ１，Ｖ２間の夫々に、大きさが√３／２で互いに逆位相の電圧Ｖ’ｕｖ及びＶ’ｖｗが現れる。これらの電圧Ｖ’ｕｖ及びＶ’ｖｗが、調整電圧として端子ｖ１と端子ｕ１，ｗ１との間に印加される。図７に破線で示されるように、端子ｖ１と端子ｕ１，ｗ１との間に印加される電圧は、一次巻線２２１と、並列接続された一次巻線２１１，２３１との直列回路で２：１に分圧される。

図８では、電圧Ｖ’ｕｖ，Ｖ’ｖｗ夫々の電圧ベクトルを、調整変圧器３について矢印付きの実線で示してあり、これらを直列変圧器２の端子間に印加するために並行移動したものを矢印付きの波線で示してある。直列変圧器２の端子ｖ１と端子ｕ１，ｗ１との間に破線で示される大きさが√３／２の電圧が印加された場合、上述の分圧電圧の関係より、端子ｖ１及び中性点Ｎ間に誘起する電圧Ｅｖの大きさと、端子ｕ１，ｗ１及び中性点Ｎ間に誘起する電圧Ｅｕ，Ｅｗ夫々の大きさとの比が２：１となる。よって、電圧Ｅｖの大きさは√３／３となり、電圧Ｅｕ，Ｅｗ夫々の大きさは√３／６となる。

電圧Ｅｖの大きさは、電圧Ｅｕ，Ｅｗ夫々の大きさの２倍であり、電圧Ｅｖと、電圧Ｅｕ，Ｅｗとは互いに逆位相である。このため、電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗ夫々のベクトル和がゼロになり、Ｖ０は発生しない。これらの電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗを直列変圧器で変圧した電圧が、配電線路１ｕ，１ｖ，１ｗの相電圧に重畳される。

次に、配電線路１ｕ，１ｖ，１ｗの相電圧に重畳される電圧について説明する。図９は、配電線路１ｕ，１ｖ，１ｗの電圧ベクトルを示すベクトル図である。調整変圧器３及び直列変圧器２の一次側及び二次側の間に位相変位がない場合のベクトル図を紙面左側に示し、位相変位がある場合のベクトル図を紙面右側に示す。直列変圧器２よりも電源側における配電線路１ｕ，１ｖ，１ｗの相電圧は、中性点Ｎを起点とし点Ｕ，Ｖ，Ｗ夫々を終点とする電圧ベクトルで表される。線間電圧の電圧ベクトルは、点Ｕ，Ｖ間、点Ｖ，Ｗ間、及び点Ｗ，Ｕ間を結ぶ線分に対応している。

図８にＥｕ，Ｅｖ，Ｅｗで示される電圧によって直列変圧器２の二次側に誘起する電圧は、図９の点Ｕ，Ｖ，Ｗ夫々を起点とし点Ｕ’，Ｖ’，Ｗ’を終点とする太い実線の電圧ベクトルで表される。これらの電圧ベクトルの大きさの比は１：２：１である。これらの電圧が配電線路１ｕ，１ｖ，１ｗの相電圧に重畳された場合、直列変圧器２よりも負荷側における配電線路１ｕ，１ｖ，１ｗの相電圧は、中性点Ｎを起点とし点Ｕ’，Ｖ’，Ｗ’夫々を終点とする太い実線の電圧ベクトルで表される。線間電圧の電圧ベクトルは、点Ｕ’，Ｖ’間、点Ｖ’，Ｗ’間、及び点Ｗ’，Ｕ’間を結ぶ破線の線分に対応している。

調整変圧器３及び直列変圧器２の一次側及び二次側の間に位相変位がない図９の紙面左側の場合、点Ｕ，Ｗ夫々を起点とし点Ｕ’，Ｗ’を終点とする電圧ベクトルと、点Ｖを起点とし点Ｖ’を終点とする電圧ベクトルとは、互いに向きが逆になっている。この場合、直列変圧器２による電圧の重畳の前後で、Ｕ，Ｖ相間及びＶ，Ｗ相間の線間電圧の大きさが小さくなる（降圧されている）のに対し、Ｗ，Ｕ相間の線間電圧の大きさは変わらない。このことは、調整変圧器３の二次巻線３１２，３２２，３３２夫々から取り出される調整電圧の比を−１：−１：０としたことに対応しており、意図した通りＵ，Ｖ相間及びＶ，Ｗ相間の線間電圧が降圧できていることを示している。

一方、調整変圧器３及び直列変圧器２の一次側及び二次側の間に位相変位がある図９の紙面右側の場合、点Ｕ，Ｖ，Ｗ夫々を起点とし点Ｕ’，Ｖ’，Ｗ’を終点とする電圧ベクトルは、位相変位がない場合と比較して、例えば右回りに回転している。このため、直列変圧器２による電圧の重畳の結果、Ｕ，Ｖ相間の線間電圧の方が、Ｖ，Ｗ相間の線間電圧よりも、やや小さくなる（より小さく降圧される）。一般的には、このように調整変圧器３及び直列変圧器２の一次側及び二次側の間に位相変位があるため、直列変圧器２よりも電源側の配電線路１ｕ，１ｖ，１ｗの各相電圧と、直列変圧器２によって重畳される電圧とに位相差が生じるが、重畳後の相電圧及び線間電圧は、ベクトル演算によって求めることができる。

以下では、図８に枠で囲まれた数値のとおりの電圧が誘起されることを確認した結果について説明する。図１０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に夫々誘起する電圧の計測結果を示す図表である。ここでは、直列変圧器２の二次側の電圧を重畳する前の調整変圧器３の一次側におけるＵ，Ｖ相間、Ｖ，Ｗ相間及びＷ，Ｕ相間夫々の線間電圧を２９．９５Ｖとした場合に、調整変圧器３の二次側と直列変圧器２の一次側及び二次側とに誘起する電圧、及び直列変圧器２の二次側の電圧を重畳した後の調整変圧器３の一次側の電圧を計測した。

調整変圧器３の一次側の電圧によって二次側の端子Ｕ１，Ｕ２間、Ｖ１，Ｖ２間及びＷ１，Ｗ１間夫々に誘起する電圧Ｖｕｖ、Ｖｖｗ及びＶｗｕのスカラー値を電圧Ｖとする。電圧Ｖの理論値は０．３６５Ｖであり、そのスカラー比を１００％と定義する。図８に示すように、ループ電流Ｉｒによって端子Ｕ１，Ｕ１間及びＶ１，Ｖ２間に誘起する電圧の大きさは、電圧Ｖの大きさの１／２（即ち５０％）であるから、この誘起電圧の理論値は０．１８３Ｖである。端子Ｗ１，Ｗ２間には、ループ電流Ｉｒによる電圧は誘起しない。

図８に電圧Ｖ’ｕｖ及びＶ’ｖｗで示される調整電圧、即ち端子Ｕ１，Ｕ２間及び端子Ｖ１，Ｖ２間に夫々誘起する合成電圧の大きさは、電圧Ｖの大きさの√３／２（即ち８６．６％）であるから、この合成電圧の理論値は０．３１６Ｖである。これに対し、端子Ｕ１，Ｕ２間及び端子Ｖ１，Ｖ２間に夫々誘起する電圧の計測値は、０．３０８Ｖ及び０．３１２Ｖであった。なお、端子Ｗ１，Ｗ２間の電圧の計測値は、理論値と同じ０．３６５Ｖであった。

図８に示すように、調整電圧によって直列変圧器２の一次側の端子ｕ１，ｖ１，ｗ１夫々と中性点Ｎとの間に誘起する電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗの大きさは、電圧Ｖの大きさの夫々√３／６，√３／３，√３／６（即ち２８．９％，５７．７％，２８．９％）であるから、電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗ夫々の理論値は０．１０５Ｖ，０．２１１Ｖ，０．１０５Ｖである。これに対し、電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗ夫々の計測値は、０．１０１Ｖ，０．２１０Ｖ，０．１０１Ｖであった。

一方、直列変圧器２の二次側に誘起するｕ相，ｖ相，ｗ相夫々の相電圧の計測値は７．０７Ｖ，１４．４４Ｖ，７．１０Ｖであり、これらの電圧を重畳した後の調整変圧器３の一次側におけるＵ，Ｖ相間、Ｖ，Ｗ相間及びＷ，Ｕ相間夫々の電圧の計測値は、１６．４４Ｖ、１２．０１Ｖ及び２８．２７Ｖであった。

以上にように、電圧Ｖ’ｕｖ及びＶ’ｖｗの計測値と、電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗの計測値とは、理論値と極めてよく一致している。また、調整変圧器３の一次側におけるＵ，Ｖ相間及びＶ，Ｗ相間の電圧は意図したとおりに降圧されており、Ｗ，Ｕ相間の電圧は意図したとおりに昇圧されていることが確認できた。

（変形例２）
実施の形態１が、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とする形態であるのに対し、変形例２は、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とする形態である。図１１は、本発明の変形例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。変形例２における電圧調整装置の構成は、実施の形態１における図１に示す電圧調整装置の構成と同一であり、タップｔａ，ｔｂ，ｔｃを切り換えるためにオンにする切換スイッチが異なるのみであるため、実施の形態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。

本変形例２では、二次巻線３２２，３３２夫々について、図１１に黒で塗りつぶした切換スイッチＳ２，Ｓ６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３２２，３３２夫々から取り出される調整電圧の比を１：１とする。また、二次巻線３１２について、図１１に黒で塗りつぶした切換スイッチＳ３，Ｓ５をオンにしてタップｔｃ，ｔｂを選択することにより、二次巻線３１２，３２２夫々から取り出される調整電圧の比を−１：１とする。

次に、端子Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２と、端子ｕ１，ｖ１，ｗ１との接続関係及び電圧の関係について説明する。図１２は、変形例２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間の接続を取り出して示す説明図であり、図１３は、変形例２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１４は、変形例２に係る電圧調整装置における調整変圧器３の二次側及び直列変圧器２の一次側に夫々誘起する電圧ベクトルを示すベクトル図である。

図１１を参照して、図１２及び１３における接続関係を説明すると、端子Ｕ２，Ｗ２夫々は、切換スイッチＳ３，Ｓ６を介して端子ｕ１に接続されている。端子Ｕ１，Ｖ１夫々は、切換スイッチＳ５，Ｓ２を介して端子ｖ１に接続されている。端子Ｖ２，Ｗ１夫々は、切換スイッチＳ６，Ｓ２を介して端子ｗ１に接続されている。図１４は、紙面右側に示す調整変圧器３に誘起する電圧が、紙面左側に示す直列変圧器２に印加されることにより、電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗが誘起することを示すものである。各電圧ベクトルの相対的な大きさは、枠で囲まれた数値によって示されている。

配電線路１ｕ，１ｖ間の線間電圧Ｖ１ｕｖ（図１４の紙面右向きの一点鎖線を参照）を変圧することによって、端子Ｕ１に対して端子Ｕ２にＶ１ｕｖと逆位相で誘起する電圧をＶｕｖとする。この電圧Ｖｕｖの電圧ベクトルの大きさを１とする。電圧Ｖｕｖの電圧ベクトルは、図４に示す電圧Ｖｕｖの電圧ベクトルと比較して大きさが同じで向きが逆である。一方、端子Ｖ２に対して端子Ｖ１に誘起する電圧Ｖｖｗ、及び端子Ｗ２に対して端子Ｗ１に誘起する電圧Ｖｗｕは、図４に示す電圧Ｖｖｗ及びＶｗｕの電圧ベクトルと比較して大きさ及び向きが同一である。電圧Ｖｖｗ及びＶｗｕの電圧ベクトルの大きさも１である。電圧Ｖ１ｕｖ，Ｖｕｖ，Ｖｖｗ夫々の電圧ベクトルは、位相が互いに２π／３だけずれている。

本変形例２では、端子Ｕ２と端子Ｗ２が接続され、端子Ｗ１と端子Ｖ２が接続され、端子Ｖ１と端子Ｕ１が接続されることにより、調整変圧器３の二次側にデルタ結線の閉回路が形成される（図１３参照）。図１４に示されるように、電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕの電圧ベクトルだけではベクトル和がゼロにならず、図１２及び１３に示すループ電流Ｉｒが流れることによって、電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕのベクトル和と正反対の電圧ベクトルで示される大きさが２の電圧Ｖｒｐが誘起する。

この場合、端子Ｕ１，Ｕ２間の励磁インピーダンスと、端子Ｖ１，Ｖ２間の励磁インピーダンスと、端子Ｗ１，Ｗ２間の励磁インピーダンスとが等しいから、電圧Ｖｒｐは端子Ｕ１，Ｕ２間と、端子Ｖ１，Ｖ２間と、端子Ｗ１，Ｗ２間とで、２／３Ｖｒｐずつ分担される。その結果、端子Ｕ１，Ｕ２間、端子Ｖ１，Ｖ２間及び端子Ｗ１，Ｗ２間の夫々に、大きさが１／３、√７／３及び√７／３の電圧Ｖ’ｕｖ、Ｖ’ｖｗ及びＶ’ｗｕが現れる。これらの電圧Ｖ’ｕｖ、Ｖ’ｖｗ及びＶ’ｗｕ夫々が、調整電圧として端子ｕ１，ｖ１間、端子ｗ１，ｖ１間及び端子ｕ１，ｗ１間に印加される。各電圧の大きさは、作図又はベクトル演算によって求めることができる。

図１４では、電圧Ｖ’ｕｖ，Ｖ’ｖｗ，Ｖ’ｗｕ夫々の電圧ベクトルを、調整変圧器３について矢印付きの実線で示してあり、これらを直列変圧器２の端子間に印加するために並行移動したものを矢印付きの波線で示してある。直列変圧器２の端子ｖ１，ｕ１間、端子ｗ１，ｖ１間及び端子ｕ１，ｗ１間夫々に、破線で示される大きさが１／３、√７／３及び√７／３の電圧が印加された場合、端子ｕ１，ｖ１，ｗ１夫々と中性点Ｎとの間に誘起する電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗの大きさの比は１：１：√３となる。各電圧の大きさは、作図又はベクトル演算によって求めることができる。

図１４から明らかなように、電圧Ｅｕ及びＥｖのベクトル和は、電圧Ｅｗの電圧ベクトルと大きさが同じで向きが逆である。このため、電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗ夫々のベクトル和がゼロになり、Ｖ０は発生しない。これらの電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗを直列変圧器で変圧した電圧が、配電線路１ｕ，１ｖ，１ｗの相電圧に重畳される。

次に、配電線路１ｕ，１ｖ，１ｗの相電圧に重畳される電圧について説明する。図１５は、変形例２に係る電圧調整装置における配電線路１ｕ，１ｖ，１ｗの電圧ベクトルを示すベクトル図である。調整変圧器３及び直列変圧器２の一次側及び二次側の間に位相変位がない場合のベクトル図を紙面左側に示し、位相変位がある場合のベクトル図を紙面右側に示す。直列変圧器２よりも電源側における配電線路１ｕ，１ｖ，１ｗの相電圧は、中性点Ｎを起点とし点Ｕ，Ｖ，Ｗ夫々を終点とする電圧ベクトルで表される。線間電圧の電圧ベクトルは、点Ｕ，Ｖ間、点Ｖ，Ｗ間、及び点Ｗ，Ｕ間を結ぶ線分に対応している。

図１４にＥｕ，Ｅｖ，Ｅｗで示される電圧によって直列変圧器２の二次側に誘起する電圧は、図１５の点Ｕ，Ｖ，Ｗ夫々を起点とし点Ｕ’，Ｖ’，Ｗ’を終点とする太い実線の電圧ベクトルで表される。これらの電圧ベクトルの大きさの比は１：１：√３である。これらの電圧が配電線路１ｕ，１ｖ，１ｗの相電圧に重畳された場合、直列変圧器２よりも負荷側における配電線路１ｕ，１ｖ，１ｗの相電圧は、中性点Ｎを起点とし点Ｕ’，Ｖ’，Ｗ’夫々を終点とする太い実線の電圧ベクトルで表される。線間電圧の電圧ベクトルは、点Ｕ’，Ｖ’間、点Ｖ’，Ｗ’間、及び点Ｗ’，Ｕ’間を結ぶ破線の線分に対応している。

調整変圧器３及び直列変圧器２の一次側及び二次側の間に位相変位がない図１５の紙面左側の場合、直列変圧器２による電圧の重畳の前後で、Ｕ，Ｖ相間の線間電圧の大きさが小さくなる（降圧されている）のに対し、Ｖ，Ｗ相間及びＷ，Ｕ相間の線間電圧の大きさは大きくなる（昇圧される）。このことは、調整変圧器３の二次巻線３１２，３２２，３３２夫々から取り出される調整電圧の比を−１：１：１としたことに対応しており、意図した通りＵ，Ｖ相間の線間電圧が降圧され、Ｖ，Ｗ相間及びＷ，Ｕ相間の線間電圧が昇圧されることを示している。

一方、調整変圧器３及び直列変圧器２の一次側及び二次側の間に位相変位がある図１５の紙面右側の場合、点Ｕ，Ｖ，Ｗ夫々を起点とし点Ｕ’，Ｖ’，Ｗ’を終点とする電圧ベクトルは、位相変位がない場合と比較して、例えば右回りに回転している。このため、直列変圧器２による電圧の重畳の結果、Ｖ，Ｗ相間の線間電圧の方が、Ｗ，Ｕ相間の線間電圧よりも、やや大きくなる（より大きく昇圧される）。一般的には、このように調整変圧器３及び直列変圧器２の一次側及び二次側の間に位相変位があるため、直列変圧器２よりも電源側の配電線路１ｕ，１ｖ，１ｗの各相電圧と、直列変圧器２によって重畳される電圧とに位相差が生じるが、重畳後の相電圧又は線間電圧は、ベクトル演算によって求めることができる。

なお、実施の形態１及び変形例１，２にあっては、調整変圧器３によるＵ，Ｖ相間、Ｖ，Ｗ相間及びＷ，Ｕ相間夫々の相対的な変圧比が１、−１又は０の場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えばタップｔａ，ｔｂから調整電圧を取り出して相対的な変圧比を２又は−２にしたり、タップｔａ，ｔｃから調整電圧を取り出して相対的な変圧比を３又は−３にしたりする場合であっても、図４，８，１４に例示したベクトル図と同様にベクトル図を描いて説明することができる。

以上のように実施の形態１及び変形例１，２によれば、二次巻線２１２，２２２，２３２夫々が配電線路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がスター（Ｙ）結線されており、一次巻線３１１，３２１，３３１が配電線路１ｕ，１ｖ，１ｗに並列接続される調整変圧器３の二次巻線３１２，３２２，３３２がデルタ（Δ）結線されている。そして、直列変圧器の一次巻線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、配電線路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。

また、実施の形態１及び変形例１，２によれば、調整変圧器３の一次巻線３１１，３２１，３３１及び二次巻線３１２，３２２，３３２がΔ−Δ結線されているため、Ｙ−Δ結線されている場合のように、一次側と二次側とで線間電圧に３０度の位相差が生じることがなく、配電線路１ｕ，１ｖ，１ｗの線間電圧及び調整変圧器３の変圧比から調整電圧を容易に決定することができる。

また、実施の形態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、配電線路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。

また、実施の形態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。

（実施の形態２）
実施の形態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、実施の形態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１６は、本発明の実施の形態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。実施の形態２に係る電圧調整装置は、図１に示す実施の形態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。

記憶部６５は、配電線路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。

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、実施の形態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。

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。

図１７は、実施の形態２に係る電圧調整装置で配電線路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。

図１７の処理が起動された場合、切換制御部６１の（以下同様）ＣＰＵは、負荷側の配電線路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）。

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。

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１７の処理を終了する。

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。

以上のように本実施の形態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路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、配電線路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。

また、実施の形態２によれば、配電線路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。

以下では、シミュレーションソフトウェアＸ−ＴＡＰを用いて、実施の形態２に係る電圧調整装置による配電線路１ｕ，１ｖ，１ｗの電圧の調整をシミュレートすることにより、電圧の不平衡が改善されることを確認した結果について説明する。解析に用いた電源の周波数は５０Ｈｚであり、模擬負荷は、有効電力が１００ｋＷ、無効電力が１２０ｋｖａｒである。解析におけるサンプリング時間は１００μｓとし、後述する４つの解析ケースについて、サンプリング開始の２秒後にタップｔａ，ｔｂ，ｔｃの切り換えが行われるものとした。

図１８は、４つの解析ケースにおける電源側の線間電圧及び調整変圧器３の変圧比を示す図表であり、図１９は、４つの解析ケースにおける電源側及び負荷側夫々の線間電圧と不平衡率とを示す図表である。図１８には、電源側のＵ，Ｖ相間、Ｖ，Ｗ相間及びＷ，Ｕ相間の線間電圧を４通りに組み合わせた４つの解析ケースの夫々について、調整変圧器３によるＵ，Ｖ相間、Ｖ，Ｗ相間及びＷ，Ｕ相間夫々の変圧比の関係と、電源側の線間電圧に対する電圧の操作量とが記載されている。ここでの操作量１００Ｖは、変圧比の１（１タップ）に対応している。図１９には、４つの解析ケースの夫々について、調整された負荷側の線間電圧と、調整前後の線間電圧の不平衡率と、不平衡の改善率とが記載されている。以下では、線間電圧、変圧比及び操作量について、Ｕ，Ｖ相間、Ｖ，Ｗ相間、Ｗ，Ｕ相間の記載順序で列挙して説明する。

図１８に示すケース１では、電源側の線間電圧を６６００Ｖ，６６００Ｖ，６６００Ｖとし、調整変圧器３による変圧比の関係を１：１：１とし、線間電圧に対する操作量を１００Ｖ，１００Ｖ，１００Ｖとする。即ち、Ｕ，Ｖ相間、Ｖ，Ｗ相間、Ｗ，Ｕ相間夫々の線間電圧を１００Ｖだけ均等に昇圧する。ケース２では、電源側の線間電圧を６６００Ｖ，６６００Ｖ，６５００Ｖとし、調整変圧器３による変圧比の関係を０：−１：２とし、線間電圧に対する操作量（変圧比に対応して線間電圧を昇降圧する狙いの電圧）を０Ｖ，−１００Ｖ，２００Ｖとする。即ち、Ｖ，Ｗ相間の線間電圧を概ね１００Ｖだけ狙って降圧し、Ｗ，Ｕ相間の線間電圧を概ね２００Ｖだけ狙って昇圧する。なお、シミュレーションでは、操作量を０Ｖとすることができないので、２Ｖ程度の操作量を与えた。

ケース３では、電源側の線間電圧を６６００Ｖ，６６００Ｖ，６７００Ｖとし、調整変圧器３による変圧比の関係を０：１：−２とし、線間電圧に対する操作量を０Ｖ，１００Ｖ，−２００Ｖとする。即ち、Ｖ，Ｗ相間の線間電圧を概ね１００Ｖだけ昇圧し、Ｗ，Ｕ相間の線間電圧を概ね２００Ｖだけ降圧する。ケース４では、電源側の線間電圧を６６００Ｖ，６５００Ｖ，６７００Ｖとし、調整変圧器３による変圧比の関係を０：２：−２とし、線間電圧に対する操作量を０Ｖ，２００Ｖ，−２００Ｖとする。即ち、Ｖ，Ｗ相間の線間電圧を概ね２００Ｖだけ狙って昇圧し、Ｗ，Ｕ相間の線間電圧を概ね２００Ｖだけ狙って降圧する。

図１９に移ってシミュレーションの結果を見ると、ケース１では、負荷側の線間電圧が６７００Ｖ，６７００Ｖ，６７００Ｖに狙い通り１００Ｖずつ昇圧されており、電源側及び負荷側の不平衡率は０％である。ケース２では、負荷側の線間電圧が６６１４Ｖ，６５６９Ｖ，６６１８Ｖに調整されており、電源側及び負荷側夫々の不平衡率は１．０１３％及び０．４７６％である。即ち不平衡率が０．５３７％だけ改善されている。ケース３では、負荷側の線間電圧が６５８７Ｖ，６６３２Ｖ，６５８３Ｖに調整されており、電源側及び負荷側夫々の不平衡率は１．００８％及び０．４７２％である。即ち不平衡率が０．５３６％だけ改善されている。ケース４では、負荷側の線間電圧が６６０４Ｖ，６５９８Ｖ，６５９９Ｖに調整されており、電源側及び負荷側夫々の不平衡率は１．７５０％及び０．０５６％である。即ち不平衡率が１．６９４％だけ改善されている。

ケース１から４までの何れの場合であってもＶ０は発生しないことが確認された。但し、ケース１を除けば、狙いの電圧よりも絶対値が小さい電圧だけ昇圧又は降圧されている。これは、上述したように、調整変圧器３の二次側におけるデルタ結線の閉回路に流れるループ電流Ｉｒによって二次側に誘起する電圧Ｖｒｐの影響によるものである。電圧Ｖｒｐの影響が加味された実際の調整電圧は、ベクトル演算によって求めることが可能である。

今回開示された実施の形態は、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、各実施の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。

１ｕ、１ｖ、１ｗ 配電線路
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

Claims (6)

1. 三相の交流電圧を電源から負荷に配電する配電線路に三相分の二次巻線が直列に接続されており、一次巻線がスター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、前記配電線路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三相分の一次巻線が並列に接続されており、二次巻線がデルタ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。
2. 前記調整変圧器は、一次巻線がデルタ結線されている請求項１に記載の電圧調整装置。
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。
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。
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路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。
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。

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