低圧配電線のインピーダンス算出装置
【課題】手間がかからず簡単な方法で低圧配電線のインピーダンスを算出できる低圧配電線のインピーダンス算出装置。
【解決手段】配電系統電源１に入力端子が接続され送電端から末端までの間の複数地点に負荷が接続された低圧配電線２ｂの送電端に出力端子が接続された電圧調整装置２に必要な低圧配電線のインピーダンスを算出するインピーダンス算出装置５であり、最大負荷容量と最大負荷容量時の低圧配電線の電圧降下と負荷力率と低圧配電線の抵抗分とリアクタンス分との比率とを入力する入力部５１と、入力部で入力された最大負荷容量と最大負荷容量時の低圧配電線の電圧降下と負荷力率と低圧配電線の抵抗分とリアクタンス分との比率とに基づいて低圧配電線のインピーダンスを算するインピーダンス算出部５２とを備える。
【解決手段】配電系統電源１に入力端子が接続され送電端から末端までの間の複数地点に負荷が接続された低圧配電線２ｂの送電端に出力端子が接続された電圧調整装置２に必要な低圧配電線のインピーダンスを算出するインピーダンス算出装置５であり、最大負荷容量と最大負荷容量時の低圧配電線の電圧降下と負荷力率と低圧配電線の抵抗分とリアクタンス分との比率とを入力する入力部５１と、入力部で入力された最大負荷容量と最大負荷容量時の低圧配電線の電圧降下と負荷力率と低圧配電線の抵抗分とリアクタンス分との比率とに基づいて低圧配電線のインピーダンスを算するインピーダンス算出部５２とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電力を負荷に配電する低圧配電線の電圧を調整する電圧調整装置に必要な低圧配電線のインピーダンスを算出する低圧配電線のインピーダンス算出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
配電系統電源（柱上変圧器）から負荷までの低圧配電線が長い場合、負荷の軽重に応じて低圧配電線の電圧変動（線路電圧変動）も大きくなる。このため、系統電源側に設けられた電圧調整装置が低圧配電線の電圧を調整して、電力供給における電圧を安定化させている。
【０００３】
この電圧調整装置は、低圧配電線の電圧降下を算出し、低圧配電線の送電端から末端までの電圧を調整している。低圧配電線の電圧降下を算出するにあたっては、低圧配電線のインピーダンスを予め調査して入力しておく必要がある。
【０００４】
また、従来の技術として、特許文献１が知られている。特許文献１に記載されたインピーダンス簡易測定装置は、通電状態の低圧配電線路に接続した負荷回路と、負荷回路に予め設定した入力電流を流す電流供給手段と、低圧配電線路と負荷回路との間に接続し、検出した電圧と電流および電力により力率を算出する力率計と、力率計で算出した力率に基づき低圧配電線路のインピーダンスの絶対値を得る演算手段とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３０４４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の電圧調整装置では、低圧配電線のインピーダンスを予め調査して入力するため、非常に手間がかかるという課題を有していた。
【０００７】
本発明は、手間がかからず簡単な方法で低圧配電線のインピーダンスを算出することができる低圧配電線のインピーダンス算出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】
請求項１の発明は、配電系統電源に入力端子が接続され送電端から末端までの間の複数地点に負荷が接続された低圧配電線の送電端に出力端子が接続された電圧調整装置に必要な前記低圧配電線のインピーダンスを算出するインピーダンス算出装置であって、最大負荷容量と前記最大負荷容量時の前記低圧配電線の電圧降下と負荷力率と前記低圧配電線の抵抗分とリアクタンス分との比率とを入力する入力部と、前記入力部で入力された前記最大負荷容量と前記最大負荷容量時の前記低圧配電線の電圧降下と負荷力率と前記低圧配電線の抵抗分とリアクタンス分との比率とに基づいて前記低圧配電線のインピーダンスを算出するインピーダンス算出部とを備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、前記電圧調整装置は、前記低圧配電線の送電端に流れる電流を検出する電流検出器と、前記低圧配電線の送電端の電圧を検出する電圧検出器と、前記電流検出器からの検出電流と前記電圧検出器からの検出電圧と前記インピーダンス算出部で算出された前記低圧配電線のインピーダンスとに基づき前記低圧配電線の送電端から末端までの電圧が規定値内になるように補償量を調整することにより前記低圧配電線の送電端の電圧を調整する電圧調整装置本体とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、最大負荷容量と最大負荷容量時の低圧配電線の電圧降下と負荷力率と低圧配電線の抵抗分とリアクタンス分との比率とに基づいて低圧配電線のインピーダンスを算出するので、手間がかからず簡単な方法で低圧配電線のインピーダンスを算出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１の低圧配電線のインピーダンス算出装置及び電圧調整装置の回路構成図である。
【図２】末端電圧を補償する電圧調整装置を示す図である。
【図３】低圧配電線のインピーダンスを算出する方法を示す図である。
【図４】低圧配電線を三分割し、１／３のインピーダンス及び１／３の負荷により低圧配電線のインピーダンスを算出する方法を示す図である。
【図５】低圧配電線のインピーダンスを算出する際に用いられる入力データを示す図である。
【図６】実施例１の電圧調整装置による低圧配電線の末端電圧の電圧算出を示す図である。
【図７】実施例１の電圧調整装置の具体例の全体構成図である。
【図８】図７に示す実施例１の電圧調整装置の具体例の詳細構成図である。
【図９】図７に示す実施例１の電圧調整装置のトライアックのオン／オフと補償電圧との関係を示す図である。
【図１０】実施例１の低圧配電線のインピーダンス算出装置及び電圧調整装置により実現されるインピーダンス算出方法及び電圧調整方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は本発明の実施例１の低圧配電線のインピーダンス算出装置及び電圧調整装置の回路構成図である。図２は、末端電圧を補償する電圧調整装置を示す図である。
【００１４】
図２において、柱上変圧器ＴＦ（例えば６．６ｋＶ／２００Ｖ（１００×２））のＲ−Ｎ相の二次電圧をＶＲ−Ｊ、Ｎ−Ｔ相の二次電圧をＶＴ−Ｊとする。配電線インピーダンスをＲＬ、ＸＬとし、Ｒ−Ｎ相の配電線の末端電圧をＶＲ−Ｍ、Ｎ−Ｔ相の配電線の末端電圧をＶＴ−Ｍとする。Ｒ相の負荷電流をＩＲ、Ｔ相の負荷電流をＩＴとする。
【００１５】
低圧配電線を設計するにあたっては、最大負荷容量（ＭＶＡ）とそのときの電圧降下（ΔＶ）と負荷力率（ＰＦ）が予め定められている。図３に示すように、負荷が最大負荷容量（ＭＶＡ）時における低圧配電線のインピーダンスＲＬ，ＸＬによる電圧降下をΔＶとする。また、低圧配電線のＲ成分とＸ成分との比率がわかっているものとする。
【００１６】
配電線インピーダンス算出装置５は、データ入力部５１とインピーダンス算出部５２とを有する。データ入力部５１は、最大負荷容量（ＭＶＡ）と、最大負荷容量（ＭＶＡ）時の低圧配電線の電圧降下（ΔＶ）と、負荷力率（ＰＦ）と、低圧配電線のＲ成分とＸ成分との比率とを入力する。
【００１７】
インピーダンス算出部５２は、最大負荷容量（ＭＶＡ）と、最大負荷容量（ＭＶＡ）時の低圧配電線の電圧降下（ΔＶ）と、負荷力率（ＰＦ）と、低圧配電線のＲ成分とＸ成分との比率とに基づいて低圧配電線のインピーダンス（ＲＬ（抵抗分），ＸＬ（リアクタンス分））を算出し、算出された低圧配電線のインピーダンスＲＬ，ＸＬを電圧調整装置２に出力する。
【００１８】
電圧調整装置２は、配電線インピーダンス算出装置５で算出された低圧配電線のインピーダンスＲＬ，ＸＬを用いて低圧配電線の末端電圧が規定値内に入るように電圧を調整する。
【００１９】
図４では、低圧配電線の途中に負荷が分散して接続されていることを想定し、低圧配電線を三分割し、１／３のインピーダンスＲＬ／３，ＸＬ／３及び１／３の負荷により低圧配電線のインピーダンスを算出する方法を示している。
【００２０】
図５は、低圧配電線のインピーダンスを算出する際に用いられる入力データを示す。図５（ａ）に示すように、入力項目としては、変圧器容量ＴＶＡは初期設定値が５０ＫＶＡであり、最大負荷容量ＭＶＡは１００％であり、最大負荷容量時の低圧配電線の電圧降下ΔＶは６Ｖであり、平均負荷力率ＰＦは９５％で固定で、低圧配電線線径は６０ｍｍ２である。図５（ｂ）は、柱上変圧器ＴＦのインピーダンス算出値を示している。
【００２１】
図５（ｃ）は、低圧配電線の１ｋｍあたりのインピーダンスのＲＫＬ（抵抗分），ＸＫＬ（リアクタンス分）の算出値を示している。線種がＣＵ−ＯＷで、線径が６０ｍｍで、ＲＫＬは３１３ｍΩ、ＸＫＬは２６７ｍΩである。なお、低圧配電線がＬ（ｍ）の時のインピーダンスをＲＬ，ＸＬとする。
【００２２】
まず、図４に示すように、低圧配電線の負荷を例えば３分割し、低圧配電線が全長の１／３毎の位置に各１／３負荷容量の負荷を配置した場合の末端最大負荷容量換算値（ＡＶＡ）を以下の式により算出する。ここでは、３軒均等配線分割均等負荷容量であるものとする。
【００２３】
ＡＶＡ＝（１×ＭＶＡ／３＋２／３×ＭＶＡ／３＋１／３×ＭＶＡ／３）×ＴＶＡ＝０．６６７×ＴＶＡ×ＭＶＡ
この場合、係数ＫＡは０．６７となる。
【００２４】
また、負荷が低圧配電線の末端に集中した場合には、係数ＫＡは１である。ＫＡが１である場合には、
ＡＶＡ＝ＴＶＡ×ＭＶＡ／１００＝５０（ｋＶＡ）
となる。
【００２５】
そして、算出された末端最大負荷容量換算を用いて以下の式により有効電流ＩＰを算出する。負荷力率が図５（ａ）に示す例のように９５％の場合、
ＩＰ＝０．９５×ＡＶＡ／０．２ｋＶ＝４．７５×ＡＶＡ
ＩＰ＝４．７５×ＫＡ×ＴＡＶ×ＭＶＡ
次に、低圧配電線のインピーダンスの抵抗分ＲＬ，リアクタンス分ＸＬの算出方法を説明する。
【００２６】
単相３線負荷平衡時における最大負荷容量ＭＶＡ時の配電線電圧降下ΔＶ（末端負荷容量換算）は、以下の式により算出される。
【００２７】
ΔＶ＝ＲＬ×ＩＰ＋ＸＬ×ＩＱ
なお、ＩＱは無効電流、ＲＬの単位はΩ、ＸＬ＝（ＸＫＬ／ＲＫＬ）×ＲＬ、ＩＱ＝（０．３１２／０．９５）×ＩＰである。
【００２８】
なお、０．３１２はＳＩＮ（ｃｏｓ−１０．９５）により求められる。
【００２９】
この式を用いて低圧配電線の電圧降下ΔＶを表すと、以下の式となる。
【００３０】
ΔＶ＝ＲＬ×（１＋（ＸＫＬ／ＲＫＬ）×（０．３１２／０．９５））×ＩＰ
＝ＲＬ×（１＋（ＸＫＬ／ＲＫＬ）×（０．３１２／０．９５））×４．７５×ＡＶＡ
この式からＲＬは以下の式で表される。
【００３１】
ＲＬ＝ΔＶ／（（１＋（ＸＫＬ／ＲＫＬ）×（０．３１２／０．９５））×４．７５×ＡＶＡ））×１０００
この式において、ΔＶは、図５（ａ）に示す例のように６Ｖであり、ＸＫＬ／ＲＫＬは、図５（ｃ）に示すように２６７／３１３である。ＡＶＡは、図５（ａ）に示すＴＶＡとＭＶＡとで表されるから、これらのデータを上式に代入することにより、ＲＬは１９．７３ｍΩとなる。
【００３２】
また、ＸＬ＝（ＸＫＬ／ＲＫＬ）×ＲＬであるから、ＸＬは１６．８３ｍΩとなる。
【００３３】
次に、低圧配電線の末端電圧を算出する。まず、図２に示す単相３線式において、Ｒ−Ｎ相末端電圧（Ｖ）は以下の式で求められる。
【００３４】
ＶＲ−Ｍ＝（ＶＲ−Ｊ）−ＫＡ×（ＲＫ×（ＩＲの有効電流分）＋ＸＫ×（ＩＲの無効電流分））−ＫＡ×（ＲＫ×（（ＩＲ−ＩＴ）の有効電流分）＋ＸＫ×（（ＩＲ−ＩＴ）の無効電流分））
Ｔ−Ｎ相末端電圧（Ｖ）は以下の式で求められる。
【００３５】
ＶＴ−Ｍ＝（ＶＴ−Ｊ）−ＫＡ×（ＲＫ×（ＩＴの有効電流分）＋ＸＫ×（ＩＴの無効電流分））−ＫＡ×（ＲＫ×（（ＩＴ−ＩＲ）の有効電流分）＋ＸＫ×（（ＩＴ−ＩＲ）の無効電流分））
ここで、ＲＴ，ＸＴは図５（ｂ）の例のデータによる。ＲＫ＝ＲＴ＋ＲＬ、ＸＫ＝ＸＴ＋ＸＬである。
【００３６】
このように実施例１の配電線インピーダンス算出装置５によれば、配電線路基本設計で既知である最大負荷容量（ＭＶＡ）と、最大負荷容量（ＭＶＡ）時の低圧配電線の電圧降下（ΔＶ）と、負荷力率（ＰＦ）と、低圧配電線のＲ成分とＸ成分との比率とに基づいて低圧配電線のインピーダンス（ＲＬ，ＸＬ）を算出するので、手間がかからず簡単な方法で低圧配電線のインピーダンスを算出することができる。
【００３７】
次に、配電線インピーダンス算出装置５で算出された低圧配電線のインピーダンスＲＬ，ＸＬのデータを用いて低圧配電線の末端電圧が規定値内に入るように電圧を調整する電圧調整装置２の詳細を説明する。
【００３８】
図１に示す電圧調整装置２は、第１配電線２ａ（電力供給線）を介して系統電源１（例えば、単相３線式交流電源）に入力端子が接続され、送電端から末端までの間の複数地点Pt1〜Pt5に複数の負荷３−１〜３−５と複数の太陽光発電装置（ＰＶ）４−１〜４−５とが接続された第２配電線２ｂ（電力供給線）の送電端に出力端子が接続されている。
【００３９】
第２配電線２ｂの配電線インピーダンスＺは、上記より算出した抵抗が％Ｒであり、リアクタンスが％Ｘである。第２配電線２ｂの地点Pt1には、負荷３−１および太陽光発電装置４−１が接続され、地点Pt2には、負荷３−２および太陽光発電装置４−２が接続され、地点Pt3には、負荷３−３および太陽光発電装置４−３が接続され、地点Pt4には、負荷３−４および太陽光発電装置４−４が接続され、地点Pt5には、負荷３−５および太陽光発電装置４−５が接続されている。
【００４０】
なお、太陽光発電装置は、地点Pt1〜Pt5の全てに設ける必要はなく、例えば、地点Pt1〜Pt5の少なくとも１地点に設けられても良い。
【００４１】
電圧調整装置２は、検出用太陽電池２１、電流検出器２２、電圧検出器２３、電圧調整装置本体２４を有している。
【００４２】
検出用太陽電池２１は、各太陽光発電装置４−１〜４−５の各発電容量を予測するために設けられ、太陽光を受けて発電し、その発電量を太陽電池発電量として電圧調整装置本体２４に出力する。ここで、検出用太陽電池２１および各太陽光発電装置４−１〜４−５の各太陽電池は、太陽からの日射量がほぼ等しく届くように配置されている。また、電圧調整装置２には各地点Pt1〜Pt5における各太陽光発電装置４−１〜４−５の各定格発電容量が予め入力されている。
【００４３】
電流検出器２２は、第２配電線２ｂの送電端に流れる電流を検出する。電圧検出器２３は、第２配電線２ｂの送電端の電圧を検出する。電圧調整装置本体２４は、検出用太陽電池２１からの太陽電池発電量と電流検出器２２からの検出電流と電圧検出器２３からの検出電圧とに基づき第２配電線２ｂの送電端から末端までの電圧を規定値内に調整する。
【００４４】
より詳細には、電圧調整装置２は、当該装置２（第２配電線２ｂの送電端）から第２配電線２ｂの末端までの上記算出した配電線インピーダンスＺ（％Ｒ，％Ｘ）を予め算出値として入力するとともに、電流検出器２２の検出電流と電圧検出器２３の検出電圧とに基づき有効電流と無効電流とを演算し、太陽光発電装置４−１〜４−５による第２配電線２ｂの末端電圧の電圧上昇を計算する。
【００４５】
また、電圧調整装置２は、検出用太陽電池２１からの太陽電池発電量に基づき、第２配電線２ｂの送電端から末端までの間に取付けた各太陽光発電装置４−１〜４−５の各発電容量を予測計算する。具体的には、電圧調整装置２は、検出用太陽電池２１からの太陽電池発電量が定格太陽電池発電量（１００％）に対して何％かを求める。これをＡｏ％とする。また、電圧調整装置２に予め入力されている各地点Pt1〜Pt5における各太陽光発電装置４−１〜４−５の各定格発電容量（各定格電流）をＩｐｖ１Ｔ〜Ｉｐｖ５Ｔとすると、各太陽光発電装置４−１〜４−５の実際の発電による有効電流Ｉｐｖ１（又はＩｐｖ２，Ｉｐｖ３，Ｉｐｖ４，Ｉｐｖ５）は、
Ｉｐｖ１（又はＩｐｖ２，Ｉｐｖ３，Ｉｐｖ４，Ｉｐｖ５）＝Ｉｐｖ１Ｔ（又はＩｐｖ２Ｔ，Ｉｐｖ３Ｔ，Ｉｐｖ４Ｔ，Ｉｐｖ５Ｔ）×Ａｏ
として各地点毎に求められる。
【００４６】
図６は実施例１の電圧調整装置２による配電線の末端電圧の電圧算出を示す図である。ここでは、説明を簡単にするために、地点Pt0、Pt1、Pt2のみとし、地点Pt0が第２配電線２ｂの送電端で電圧調整装置２の出力端子の位置とし、地点Pt2が第２配電線２ｂの末端に相当する。
【００４７】
Ｐ1は地点Pt1の負荷３−１の有効電力、Ｑ1は無効電力、Ｉｐ1は有効電流、Ｉｑ1は無効電流、ＰＶ1は太陽光発電装置４−１の有効電力、Ｉｐｖ1は有効電流である。Ｐ2は地点Pt2の負荷３−２の有効電力、Ｑ2は無効電力、Ｉｐ2は有効電流、Ｉｑ2は無効電流、ＰＶ2は太陽光発電装置４−２の有効電力、Ｉｐｖ2は有効電流である。算出した地点Pt0、Pt1間の配電線インピーダンスは、抵抗ｒ１，リアクタンスｘ１、地点Pt1、Pt2間の配電線インピーダンスは、抵抗ｒ２，リアクタンスｘ２である。
【００４８】
電圧調整装置２を第２配電線２ｂの送電端側に設置し、電圧調整装置２は、第２配電線２ｂの送電端に流れる電流および第２配電線２ｂの送電端の電圧を検出して、第２配電線２ｂの末端の電圧を算出し、第２配電線２ｂの送電端電圧から末端電圧までの電圧が規定値内になるように電圧調整装置２の出力電圧（送電端電圧）を調整する。
【００４９】
各負荷および各太陽光発電装置の各発電容量が第２配電線２ｂに対して、均等に配置され、かつ負荷が力率負荷である場合には、配電線インピーダンス（％Ｒ，％Ｘ）＜＜負荷インピーダンス（ＲＬ、ＸＬ）の条件で、配電線一線当り（一相当り）、
配電線電圧降下＝有効電流×配電線抵抗ｒ＋無効電流×配電線リアクタンスｘと見なせる。このため、第２配電線２ｂの末端電圧は、
末端電圧＝送電端電圧−係数Ｋ×（有効電流×配電線抵抗％Ｒ＋無効電流×配電線リアクタンス％Ｘ）
で求められる。
【００５０】
係数Ｋは、％Ｒと抵抗値、％Ｘとリアクタンス値、配電線のインピーダンスおよび配電線の送電端に流れる有効電流の均等から配置された負荷量を求めるための換算から求められる。
【００５１】
次に、配電線電圧降下、末端電圧の算出をより具体的に説明する。各配電線電圧降下は、配電線インピーダンス（％Ｒ、％Ｘ）＜＜負荷インピーダンス（ＲＬ、ＸＬ）の条件で、配電線一線当り（一相当り）以下のようになる。
【００５２】
地点Pt1、Pt2間の電圧降下Ｖ1-2は、
Ｖ1-2＝ｒ2×（Ｉｐ2−Ｉｐｖ2）＋ｘ2×Ｉｑ2
となる。
【００５３】
地点Pt0、Pt1間の電圧降下Ｖ0-1は、
Ｖ0-1＝ｒ1×（Ｉｐ1＋Ｉｐ2−Ｉｐｖ1−Ｉｐｖ2）＋ｘ1×（Ｉｑ1＋Ｉｑ2）
となる。
【００５４】
地点Pt0、Pt2間の電圧降下Ｖ0-2は、
ｒ1＝ｒ2、ｘ1＝ｘ2として
Ｖ0-2＝ｒ1×（Ｉｐ1＋２×Ｉｐ2−Ｉｐｖ1−２×Ｉｐｖ2）＋ｘ1×（Ｉｑ1＋２×Ｉｑ2）となる。
【００５５】
Ｐ1＝Ｐ2、Ｑ1＝Ｑ2と仮定すると、
Ｖ0-2＝ｒ1×（３×Ｉｐ2−Ｉｐｖ1−２×Ｉｐｖ2）＋ｘ1×（３×Ｉｑ2）
地点Pt2の電圧（末端電圧）Ｖ2は、
Ｐ1＝Ｐ2、Ｑ1＝Ｑ2と仮定すると
Ｖ2＝Ｖ0−ｒ1×（３×Ｉｐ2−Ｉｐｖ1−２×Ｉｐｖ2）＋ｘ1×（３×Ｉｑ2）
さらに、ＰＶ1＝ＰＶ2と仮定すると
Ｖ0-2＝ｒ1×（３×Ｉｐ2−３×Ｉｐｖ2）＋ｘ1×（３×Ｉｑ2）
地点Pt2 の電圧は
Ｖ2＝Ｖ0−ｒ1×（３×Ｉｐ2−３×Ｉｐｖ2）＋ｘ1×（３×Ｉｑ2）
さらに、負荷力率１００％とした場合、
Ｖ0-2＝ｒ1×（３×Ｉｐ2−３×Ｉｐｖ2）
地点Pt2の電圧は
ＶPt2 ＝Ｖ0−ｒ1×（３×Ｉｐ2−３×Ｉｐｖ2）
となる。
【００５６】
図７は実施例１の電圧調整装置の具体例の全体構成図である。図８は図７に示す実施例１の電圧調整装置の具体例の詳細構成図である。
【００５７】
図７に示す電圧調整装置２は、単相３線式の配電線において、入力端子Ｒ１，Ｎ１，Ｔ１に単相３線式交流が入力され、出力端子Ｒ２，Ｎ２，Ｔ２から単相３線式交流が出力される。電圧調整装置２は、検出用太陽電池２１、出力端子Ｒ２に接続される配電線の送電端に流れる電流を検出する電流検出器２２ａ、出力端子Ｔ２に接続される配電線の送電端に流れる電流を検出する電流検出器２２ｂ、出力端子Ｒ２，Ｎ２，Ｔ２の電圧を検出する電圧検出器２３、電圧調整部２４ａ，２４ｂ、制御回路２５、ゲート回路２６ａ，２６ｂを有する。制御回路２５は、メモリ２５ａを有する。
【００５８】
メモリ２５ａは、算出し入力した各地点間の配電線インピーダンスと各地点における各太陽光発電装置４−１〜４−５の各定格発電容量（各定格電流）とを記憶する。制御回路２５は、検出用太陽電池２１、電流検出器２２ａ，２２ｂ、および電圧検出器２３の検出信号とメモリ２５ａからの各地点間の配電線インピーダンスと各地点における各太陽光発電装置４−１〜４−５の各定格発電容量（各定格電流）とに基づき、第２配電線２ｂの末端電圧を算出する。
【００５９】
ゲート回路２６ａ，２６ｂは、制御回路２５からの末端電圧に基づき、電圧調整部２４ａ，２４ｂにゲート信号を送出する。
【００６０】
電圧調整部２４ａは、Ｒ−Ｎ相側に設けられ、電圧調整部２４ｂは、Ｎ−Ｔ相側に設けられている。電圧調整部２４ａ，２４ｂは、ゲート回路２６ａ，２６ｂからのゲート信号に基づき、第２配電線２ｂの末端電圧が規定値内になるように交流半導体スイッチからなるトライアックＴＲＣ１〜ＴＲＣ５をオンまたはオフさせることにより補償電圧を変えて、末端電圧の電圧上昇対策および電圧降下対策を行う。
【００６１】
図８では、電圧調整部２４ａの詳細構成を示す。なお、電圧調整部２４ｂも電圧調整部２４ａと同一構成である。ここでは、電圧調整部２４ａの構成を説明する。
【００６２】
図８において、トランスＴ１ａの一次巻線Ｔ１ａｐは、入力端子Ｒ１と出力端子Ｒ２との間に接続され、トランスＴ１ａの二次巻線Ｔ１ａｓの一端は、トライアックＴＲＣ１，ＴＲＣ２の一端に接続されている。トランスＴ１ａの二次巻線Ｔ１ａｓの他端は、リアクトルＬ１を介してトライアックＴＲＣ３，ＴＲＣ４，ＴＲＣ５の一端に接続されている。
【００６３】
トライアックＴＲＣ１の他端は、トライアックＴＲＣ５の他端およびトランスＴ３の二次巻線Ｔ３ｓの一端に接続されている。トライアックＴＲＣ２の他端は、トライアックＴＲＣ３の他端に接続されるとともに、ヒューズＦ１を介してトランスＴ３の二次巻線Ｔ３ｓの他端に接続されている。トライアックＴＲＣ４の他端は、ヒューズＦ２を介してトランスＴ３の二次巻線Ｔ３ｓの中点端に接続されている。トランスＴ３の一次巻線Ｔ３ｐの一端はトランスＴ１ａの一次巻線Ｔ１ａｐの一端に接続されている。トランスＴ３は、誘導雷などによる半導体素子の破損を防止する。
【００６４】
図９はトライアックＴＲＣ１〜ＴＲＣ５のオン／オフと補償電圧との関係を示す図である。ゲート回路２６ａは、トライアックＴＲＣ１〜ＴＲＣ５のゲート端子にゲート信号を出力する。
【００６５】
トライアックＴＲＣ１〜ＴＲＣ５は、ゲート信号に基づき、図９のテーブルに示すようにオン又はオフして、例えば、補償電圧を＋５Ｖ，＋２．５Ｖ，０Ｖ，−２．５Ｖ，−５Ｖとすることにより、トランスＴ１ａの一次巻線Ｔ１ａｐの両端電圧が補償される。
【００６６】
第２配電線２ｂの末端電圧が規定電圧以上であれば、最初に補償電圧を−２．５Ｖとし、まだ末端電圧が規定電圧以上であれば、補償電圧を−５Ｖとする。末端電圧が規定電圧未満であれば、最初に補償電圧を＋２．５Ｖとし、まだ末端電圧が規定電圧未満であれば、補償電圧を＋５Ｖとする。
【００６７】
また、例えば、図１（ｂ）に示すように、第２配電線２ｂの末端電圧が２００Ｖラインから上昇した場合には、トライアックＴＲＣ２，ＴＲＣ５をオンさせることにより、補償電圧が−５Ｖとなる。交流入力が２００Ｖであり、補償電圧が−５Ｖであるので、交流出力、即ち、地点（送電端）Pt0の電圧は１９５Ｖとなり、２００Ｖラインから下降する。
【００６８】
同様にして、Ｔ−Ｎ相の電圧調整部２４ｂにトライアックＴＲＣ６〜ＴＲＣ１０を設け、トライアックＴＲＣ６〜ＴＲＣ１０をオン又はオフすることにより、Ｒ−Ｎ相、Ｔ−Ｎ相を独立に制御でき、不平衡負荷対策も行える。
【００６９】
図１０は実施例１の配電線インピーダンス算出装置及び電圧調整装置２により実現される配電線インピーダンス算出方法及び電圧調整方法を示すフローチャートである。図１０を参照しながら、配電線インピーダンス算出方法及び電圧調整方法を説明する。
【００７０】
まず、配電線インピーダンス算出装置５において、対象配電線の最大負荷容量（ＭＶＡ）とその時の低圧配電線の電圧降下（ΔＶ）とを入力する（ステップＳ１０）。
【００７１】
次に、配電線インピーダンス算出装置５において、既知の負荷力率と低圧配電線のＲとＸとの比とを入力し、最大負荷容量（ＭＶＡ）とその時の低圧配電線の電圧降下（ΔＶ）と負荷力率と低圧配電線のＲとＸとの比とに基づいて、低圧配電線のインピーダンスＲＬ，ＸＬを算出する（ステップＳ１１）。
【００７２】
次に、送電端である第２配電線２ｂの地点Pt0の電流、電圧を電流検出器２２、電圧検出器２３により検出する。また、太陽電池発電量を検出用太陽電池２１により検出する（ステップＳ１２）。
【００７３】
電圧調整装置本体２４内の制御回路２５は、検出用太陽電池２１からの太陽電池発電量と各太陽光発電装置４−１，４−２の各定格発電容量（各定格電流）とから各太陽光発電装置４−１，４−２の実際の発電による各有効電流Ｉｐｖ1，Ｉｐｖ2を算出する（ステップＳ１３）。
【００７４】
制御回路２５は、電流検出器２２からの検出電流と電圧検出器２３からの検出電圧とから有効電流、無効電流を求め、各有効電流Ｉｐｖ1，Ｉｐｖ2との差から各負荷３−１，３−２の有効電流Ｉｐ1,Ｉｐ2、無効電流Ｉｑ1,Ｉｑ2とを求める（ステップＳ１５）。
【００７５】
次に、制御回路２５は、配電線インピーダンス（ｒ，ｘ）のデータを用いて、所定の電圧計算により第２配電線２ｂの末端電圧を算出する（ステップＳ１７）。所定の電圧計算とは、第２配電線２ｂに接続される負荷が力率負荷の場合の計算式である。ゲート回路２６ａ，２６ｂは、制御回路２５からの末端電圧に基づきゲート信号を生成する。
【００７６】
次に、電圧調整部２４ａ，２４ｂは、ゲート回路２６ａ，２６ｂからのゲート信号に基づき、末端電圧が規定値内になるようにトライアックＴＲＣ１〜ＴＲＣ１０をオン又はオフさせて、補償量（補償電圧）を調整し決定する（ステップＳ１９）。
【００７７】
ゲート回路２６ａ，２６ｂは、制御回路２５からの末端電圧および送電端電圧が規定値内かどうかを判定し、末端電圧および送電端電圧が規定値内でない場合には、ゲート信号を生成してステップＳ１９に戻る。
【００７８】
一方、末端電圧および送電端電圧が規定値内である場合には、ステップＳ１９で決定された補償量により、電圧調整装置２で補償し（ステップＳ２３）、地点Pt0の補償結果を確認する（ステップＳ２５）。
このように、実施例１の電圧調整装置２によれば、例えば、太陽光発電量が負荷量を上回り、末端電圧が上昇した場合には、複数地点の各太陽光発電量を算出し、送電端の電流・電圧を検出し、逆潮流を含む有効電力、無効電力を算出し、これらと配電線インピーダンスから末端電圧を算出し、送電端電圧、末端電圧および各地点電圧が規定値内となるように電圧調整装置２の電圧を調整することができる。
【００７９】
なお、電圧調整装置２の接続位置は、送電端のみならず中間点および複数点でも良い。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、配電設備などに適用することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１ 配電系統電源
２ 電圧調整装置
３−１〜３−５ 負荷
４−１〜４−５ 太陽光発電装置（ＰＶ）
５ 配電線インピーダンス算出装置
２１ 検出用太陽電池
２２，２２ａ，２２ｂ 電流検出器
２３ 電圧検出器
２５ 制御回路
２６ａ，２６ｂ ゲート回路
２５ａ メモリ
５１ データ入力部
５２ インピーダンス算出部
Ｚ 配電線インピーダンス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電力を負荷に配電する低圧配電線の電圧を調整する電圧調整装置に必要な低圧配電線のインピーダンスを算出する低圧配電線のインピーダンス算出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
配電系統電源（柱上変圧器）から負荷までの低圧配電線が長い場合、負荷の軽重に応じて低圧配電線の電圧変動（線路電圧変動）も大きくなる。このため、系統電源側に設けられた電圧調整装置が低圧配電線の電圧を調整して、電力供給における電圧を安定化させている。
【０００３】
この電圧調整装置は、低圧配電線の電圧降下を算出し、低圧配電線の送電端から末端までの電圧を調整している。低圧配電線の電圧降下を算出するにあたっては、低圧配電線のインピーダンスを予め調査して入力しておく必要がある。
【０００４】
また、従来の技術として、特許文献１が知られている。特許文献１に記載されたインピーダンス簡易測定装置は、通電状態の低圧配電線路に接続した負荷回路と、負荷回路に予め設定した入力電流を流す電流供給手段と、低圧配電線路と負荷回路との間に接続し、検出した電圧と電流および電力により力率を算出する力率計と、力率計で算出した力率に基づき低圧配電線路のインピーダンスの絶対値を得る演算手段とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３０４４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の電圧調整装置では、低圧配電線のインピーダンスを予め調査して入力するため、非常に手間がかかるという課題を有していた。
【０００７】
本発明は、手間がかからず簡単な方法で低圧配電線のインピーダンスを算出することができる低圧配電線のインピーダンス算出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】
請求項１の発明は、配電系統電源に入力端子が接続され送電端から末端までの間の複数地点に負荷が接続された低圧配電線の送電端に出力端子が接続された電圧調整装置に必要な前記低圧配電線のインピーダンスを算出するインピーダンス算出装置であって、最大負荷容量と前記最大負荷容量時の前記低圧配電線の電圧降下と負荷力率と前記低圧配電線の抵抗分とリアクタンス分との比率とを入力する入力部と、前記入力部で入力された前記最大負荷容量と前記最大負荷容量時の前記低圧配電線の電圧降下と負荷力率と前記低圧配電線の抵抗分とリアクタンス分との比率とに基づいて前記低圧配電線のインピーダンスを算出するインピーダンス算出部とを備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、前記電圧調整装置は、前記低圧配電線の送電端に流れる電流を検出する電流検出器と、前記低圧配電線の送電端の電圧を検出する電圧検出器と、前記電流検出器からの検出電流と前記電圧検出器からの検出電圧と前記インピーダンス算出部で算出された前記低圧配電線のインピーダンスとに基づき前記低圧配電線の送電端から末端までの電圧が規定値内になるように補償量を調整することにより前記低圧配電線の送電端の電圧を調整する電圧調整装置本体とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、最大負荷容量と最大負荷容量時の低圧配電線の電圧降下と負荷力率と低圧配電線の抵抗分とリアクタンス分との比率とに基づいて低圧配電線のインピーダンスを算出するので、手間がかからず簡単な方法で低圧配電線のインピーダンスを算出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１の低圧配電線のインピーダンス算出装置及び電圧調整装置の回路構成図である。
【図２】末端電圧を補償する電圧調整装置を示す図である。
【図３】低圧配電線のインピーダンスを算出する方法を示す図である。
【図４】低圧配電線を三分割し、１／３のインピーダンス及び１／３の負荷により低圧配電線のインピーダンスを算出する方法を示す図である。
【図５】低圧配電線のインピーダンスを算出する際に用いられる入力データを示す図である。
【図６】実施例１の電圧調整装置による低圧配電線の末端電圧の電圧算出を示す図である。
【図７】実施例１の電圧調整装置の具体例の全体構成図である。
【図８】図７に示す実施例１の電圧調整装置の具体例の詳細構成図である。
【図９】図７に示す実施例１の電圧調整装置のトライアックのオン／オフと補償電圧との関係を示す図である。
【図１０】実施例１の低圧配電線のインピーダンス算出装置及び電圧調整装置により実現されるインピーダンス算出方法及び電圧調整方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は本発明の実施例１の低圧配電線のインピーダンス算出装置及び電圧調整装置の回路構成図である。図２は、末端電圧を補償する電圧調整装置を示す図である。
【００１４】
図２において、柱上変圧器ＴＦ（例えば６．６ｋＶ／２００Ｖ（１００×２））のＲ−Ｎ相の二次電圧をＶＲ−Ｊ、Ｎ−Ｔ相の二次電圧をＶＴ−Ｊとする。配電線インピーダンスをＲＬ、ＸＬとし、Ｒ−Ｎ相の配電線の末端電圧をＶＲ−Ｍ、Ｎ−Ｔ相の配電線の末端電圧をＶＴ−Ｍとする。Ｒ相の負荷電流をＩＲ、Ｔ相の負荷電流をＩＴとする。
【００１５】
低圧配電線を設計するにあたっては、最大負荷容量（ＭＶＡ）とそのときの電圧降下（ΔＶ）と負荷力率（ＰＦ）が予め定められている。図３に示すように、負荷が最大負荷容量（ＭＶＡ）時における低圧配電線のインピーダンスＲＬ，ＸＬによる電圧降下をΔＶとする。また、低圧配電線のＲ成分とＸ成分との比率がわかっているものとする。
【００１６】
配電線インピーダンス算出装置５は、データ入力部５１とインピーダンス算出部５２とを有する。データ入力部５１は、最大負荷容量（ＭＶＡ）と、最大負荷容量（ＭＶＡ）時の低圧配電線の電圧降下（ΔＶ）と、負荷力率（ＰＦ）と、低圧配電線のＲ成分とＸ成分との比率とを入力する。
【００１７】
インピーダンス算出部５２は、最大負荷容量（ＭＶＡ）と、最大負荷容量（ＭＶＡ）時の低圧配電線の電圧降下（ΔＶ）と、負荷力率（ＰＦ）と、低圧配電線のＲ成分とＸ成分との比率とに基づいて低圧配電線のインピーダンス（ＲＬ（抵抗分），ＸＬ（リアクタンス分））を算出し、算出された低圧配電線のインピーダンスＲＬ，ＸＬを電圧調整装置２に出力する。
【００１８】
電圧調整装置２は、配電線インピーダンス算出装置５で算出された低圧配電線のインピーダンスＲＬ，ＸＬを用いて低圧配電線の末端電圧が規定値内に入るように電圧を調整する。
【００１９】
図４では、低圧配電線の途中に負荷が分散して接続されていることを想定し、低圧配電線を三分割し、１／３のインピーダンスＲＬ／３，ＸＬ／３及び１／３の負荷により低圧配電線のインピーダンスを算出する方法を示している。
【００２０】
図５は、低圧配電線のインピーダンスを算出する際に用いられる入力データを示す。図５（ａ）に示すように、入力項目としては、変圧器容量ＴＶＡは初期設定値が５０ＫＶＡであり、最大負荷容量ＭＶＡは１００％であり、最大負荷容量時の低圧配電線の電圧降下ΔＶは６Ｖであり、平均負荷力率ＰＦは９５％で固定で、低圧配電線線径は６０ｍｍ２である。図５（ｂ）は、柱上変圧器ＴＦのインピーダンス算出値を示している。
【００２１】
図５（ｃ）は、低圧配電線の１ｋｍあたりのインピーダンスのＲＫＬ（抵抗分），ＸＫＬ（リアクタンス分）の算出値を示している。線種がＣＵ−ＯＷで、線径が６０ｍｍで、ＲＫＬは３１３ｍΩ、ＸＫＬは２６７ｍΩである。なお、低圧配電線がＬ（ｍ）の時のインピーダンスをＲＬ，ＸＬとする。
【００２２】
まず、図４に示すように、低圧配電線の負荷を例えば３分割し、低圧配電線が全長の１／３毎の位置に各１／３負荷容量の負荷を配置した場合の末端最大負荷容量換算値（ＡＶＡ）を以下の式により算出する。ここでは、３軒均等配線分割均等負荷容量であるものとする。
【００２３】
ＡＶＡ＝（１×ＭＶＡ／３＋２／３×ＭＶＡ／３＋１／３×ＭＶＡ／３）×ＴＶＡ＝０．６６７×ＴＶＡ×ＭＶＡ
この場合、係数ＫＡは０．６７となる。
【００２４】
また、負荷が低圧配電線の末端に集中した場合には、係数ＫＡは１である。ＫＡが１である場合には、
ＡＶＡ＝ＴＶＡ×ＭＶＡ／１００＝５０（ｋＶＡ）
となる。
【００２５】
そして、算出された末端最大負荷容量換算を用いて以下の式により有効電流ＩＰを算出する。負荷力率が図５（ａ）に示す例のように９５％の場合、
ＩＰ＝０．９５×ＡＶＡ／０．２ｋＶ＝４．７５×ＡＶＡ
ＩＰ＝４．７５×ＫＡ×ＴＡＶ×ＭＶＡ
次に、低圧配電線のインピーダンスの抵抗分ＲＬ，リアクタンス分ＸＬの算出方法を説明する。
【００２６】
単相３線負荷平衡時における最大負荷容量ＭＶＡ時の配電線電圧降下ΔＶ（末端負荷容量換算）は、以下の式により算出される。
【００２７】
ΔＶ＝ＲＬ×ＩＰ＋ＸＬ×ＩＱ
なお、ＩＱは無効電流、ＲＬの単位はΩ、ＸＬ＝（ＸＫＬ／ＲＫＬ）×ＲＬ、ＩＱ＝（０．３１２／０．９５）×ＩＰである。
【００２８】
なお、０．３１２はＳＩＮ（ｃｏｓ−１０．９５）により求められる。
【００２９】
この式を用いて低圧配電線の電圧降下ΔＶを表すと、以下の式となる。
【００３０】
ΔＶ＝ＲＬ×（１＋（ＸＫＬ／ＲＫＬ）×（０．３１２／０．９５））×ＩＰ
＝ＲＬ×（１＋（ＸＫＬ／ＲＫＬ）×（０．３１２／０．９５））×４．７５×ＡＶＡ
この式からＲＬは以下の式で表される。
【００３１】
ＲＬ＝ΔＶ／（（１＋（ＸＫＬ／ＲＫＬ）×（０．３１２／０．９５））×４．７５×ＡＶＡ））×１０００
この式において、ΔＶは、図５（ａ）に示す例のように６Ｖであり、ＸＫＬ／ＲＫＬは、図５（ｃ）に示すように２６７／３１３である。ＡＶＡは、図５（ａ）に示すＴＶＡとＭＶＡとで表されるから、これらのデータを上式に代入することにより、ＲＬは１９．７３ｍΩとなる。
【００３２】
また、ＸＬ＝（ＸＫＬ／ＲＫＬ）×ＲＬであるから、ＸＬは１６．８３ｍΩとなる。
【００３３】
次に、低圧配電線の末端電圧を算出する。まず、図２に示す単相３線式において、Ｒ−Ｎ相末端電圧（Ｖ）は以下の式で求められる。
【００３４】
ＶＲ−Ｍ＝（ＶＲ−Ｊ）−ＫＡ×（ＲＫ×（ＩＲの有効電流分）＋ＸＫ×（ＩＲの無効電流分））−ＫＡ×（ＲＫ×（（ＩＲ−ＩＴ）の有効電流分）＋ＸＫ×（（ＩＲ−ＩＴ）の無効電流分））
Ｔ−Ｎ相末端電圧（Ｖ）は以下の式で求められる。
【００３５】
ＶＴ−Ｍ＝（ＶＴ−Ｊ）−ＫＡ×（ＲＫ×（ＩＴの有効電流分）＋ＸＫ×（ＩＴの無効電流分））−ＫＡ×（ＲＫ×（（ＩＴ−ＩＲ）の有効電流分）＋ＸＫ×（（ＩＴ−ＩＲ）の無効電流分））
ここで、ＲＴ，ＸＴは図５（ｂ）の例のデータによる。ＲＫ＝ＲＴ＋ＲＬ、ＸＫ＝ＸＴ＋ＸＬである。
【００３６】
このように実施例１の配電線インピーダンス算出装置５によれば、配電線路基本設計で既知である最大負荷容量（ＭＶＡ）と、最大負荷容量（ＭＶＡ）時の低圧配電線の電圧降下（ΔＶ）と、負荷力率（ＰＦ）と、低圧配電線のＲ成分とＸ成分との比率とに基づいて低圧配電線のインピーダンス（ＲＬ，ＸＬ）を算出するので、手間がかからず簡単な方法で低圧配電線のインピーダンスを算出することができる。
【００３７】
次に、配電線インピーダンス算出装置５で算出された低圧配電線のインピーダンスＲＬ，ＸＬのデータを用いて低圧配電線の末端電圧が規定値内に入るように電圧を調整する電圧調整装置２の詳細を説明する。
【００３８】
図１に示す電圧調整装置２は、第１配電線２ａ（電力供給線）を介して系統電源１（例えば、単相３線式交流電源）に入力端子が接続され、送電端から末端までの間の複数地点Pt1〜Pt5に複数の負荷３−１〜３−５と複数の太陽光発電装置（ＰＶ）４−１〜４−５とが接続された第２配電線２ｂ（電力供給線）の送電端に出力端子が接続されている。
【００３９】
第２配電線２ｂの配電線インピーダンスＺは、上記より算出した抵抗が％Ｒであり、リアクタンスが％Ｘである。第２配電線２ｂの地点Pt1には、負荷３−１および太陽光発電装置４−１が接続され、地点Pt2には、負荷３−２および太陽光発電装置４−２が接続され、地点Pt3には、負荷３−３および太陽光発電装置４−３が接続され、地点Pt4には、負荷３−４および太陽光発電装置４−４が接続され、地点Pt5には、負荷３−５および太陽光発電装置４−５が接続されている。
【００４０】
なお、太陽光発電装置は、地点Pt1〜Pt5の全てに設ける必要はなく、例えば、地点Pt1〜Pt5の少なくとも１地点に設けられても良い。
【００４１】
電圧調整装置２は、検出用太陽電池２１、電流検出器２２、電圧検出器２３、電圧調整装置本体２４を有している。
【００４２】
検出用太陽電池２１は、各太陽光発電装置４−１〜４−５の各発電容量を予測するために設けられ、太陽光を受けて発電し、その発電量を太陽電池発電量として電圧調整装置本体２４に出力する。ここで、検出用太陽電池２１および各太陽光発電装置４−１〜４−５の各太陽電池は、太陽からの日射量がほぼ等しく届くように配置されている。また、電圧調整装置２には各地点Pt1〜Pt5における各太陽光発電装置４−１〜４−５の各定格発電容量が予め入力されている。
【００４３】
電流検出器２２は、第２配電線２ｂの送電端に流れる電流を検出する。電圧検出器２３は、第２配電線２ｂの送電端の電圧を検出する。電圧調整装置本体２４は、検出用太陽電池２１からの太陽電池発電量と電流検出器２２からの検出電流と電圧検出器２３からの検出電圧とに基づき第２配電線２ｂの送電端から末端までの電圧を規定値内に調整する。
【００４４】
より詳細には、電圧調整装置２は、当該装置２（第２配電線２ｂの送電端）から第２配電線２ｂの末端までの上記算出した配電線インピーダンスＺ（％Ｒ，％Ｘ）を予め算出値として入力するとともに、電流検出器２２の検出電流と電圧検出器２３の検出電圧とに基づき有効電流と無効電流とを演算し、太陽光発電装置４−１〜４−５による第２配電線２ｂの末端電圧の電圧上昇を計算する。
【００４５】
また、電圧調整装置２は、検出用太陽電池２１からの太陽電池発電量に基づき、第２配電線２ｂの送電端から末端までの間に取付けた各太陽光発電装置４−１〜４−５の各発電容量を予測計算する。具体的には、電圧調整装置２は、検出用太陽電池２１からの太陽電池発電量が定格太陽電池発電量（１００％）に対して何％かを求める。これをＡｏ％とする。また、電圧調整装置２に予め入力されている各地点Pt1〜Pt5における各太陽光発電装置４−１〜４−５の各定格発電容量（各定格電流）をＩｐｖ１Ｔ〜Ｉｐｖ５Ｔとすると、各太陽光発電装置４−１〜４−５の実際の発電による有効電流Ｉｐｖ１（又はＩｐｖ２，Ｉｐｖ３，Ｉｐｖ４，Ｉｐｖ５）は、
Ｉｐｖ１（又はＩｐｖ２，Ｉｐｖ３，Ｉｐｖ４，Ｉｐｖ５）＝Ｉｐｖ１Ｔ（又はＩｐｖ２Ｔ，Ｉｐｖ３Ｔ，Ｉｐｖ４Ｔ，Ｉｐｖ５Ｔ）×Ａｏ
として各地点毎に求められる。
【００４６】
図６は実施例１の電圧調整装置２による配電線の末端電圧の電圧算出を示す図である。ここでは、説明を簡単にするために、地点Pt0、Pt1、Pt2のみとし、地点Pt0が第２配電線２ｂの送電端で電圧調整装置２の出力端子の位置とし、地点Pt2が第２配電線２ｂの末端に相当する。
【００４７】
Ｐ1は地点Pt1の負荷３−１の有効電力、Ｑ1は無効電力、Ｉｐ1は有効電流、Ｉｑ1は無効電流、ＰＶ1は太陽光発電装置４−１の有効電力、Ｉｐｖ1は有効電流である。Ｐ2は地点Pt2の負荷３−２の有効電力、Ｑ2は無効電力、Ｉｐ2は有効電流、Ｉｑ2は無効電流、ＰＶ2は太陽光発電装置４−２の有効電力、Ｉｐｖ2は有効電流である。算出した地点Pt0、Pt1間の配電線インピーダンスは、抵抗ｒ１，リアクタンスｘ１、地点Pt1、Pt2間の配電線インピーダンスは、抵抗ｒ２，リアクタンスｘ２である。
【００４８】
電圧調整装置２を第２配電線２ｂの送電端側に設置し、電圧調整装置２は、第２配電線２ｂの送電端に流れる電流および第２配電線２ｂの送電端の電圧を検出して、第２配電線２ｂの末端の電圧を算出し、第２配電線２ｂの送電端電圧から末端電圧までの電圧が規定値内になるように電圧調整装置２の出力電圧（送電端電圧）を調整する。
【００４９】
各負荷および各太陽光発電装置の各発電容量が第２配電線２ｂに対して、均等に配置され、かつ負荷が力率負荷である場合には、配電線インピーダンス（％Ｒ，％Ｘ）＜＜負荷インピーダンス（ＲＬ、ＸＬ）の条件で、配電線一線当り（一相当り）、
配電線電圧降下＝有効電流×配電線抵抗ｒ＋無効電流×配電線リアクタンスｘと見なせる。このため、第２配電線２ｂの末端電圧は、
末端電圧＝送電端電圧−係数Ｋ×（有効電流×配電線抵抗％Ｒ＋無効電流×配電線リアクタンス％Ｘ）
で求められる。
【００５０】
係数Ｋは、％Ｒと抵抗値、％Ｘとリアクタンス値、配電線のインピーダンスおよび配電線の送電端に流れる有効電流の均等から配置された負荷量を求めるための換算から求められる。
【００５１】
次に、配電線電圧降下、末端電圧の算出をより具体的に説明する。各配電線電圧降下は、配電線インピーダンス（％Ｒ、％Ｘ）＜＜負荷インピーダンス（ＲＬ、ＸＬ）の条件で、配電線一線当り（一相当り）以下のようになる。
【００５２】
地点Pt1、Pt2間の電圧降下Ｖ1-2は、
Ｖ1-2＝ｒ2×（Ｉｐ2−Ｉｐｖ2）＋ｘ2×Ｉｑ2
となる。
【００５３】
地点Pt0、Pt1間の電圧降下Ｖ0-1は、
Ｖ0-1＝ｒ1×（Ｉｐ1＋Ｉｐ2−Ｉｐｖ1−Ｉｐｖ2）＋ｘ1×（Ｉｑ1＋Ｉｑ2）
となる。
【００５４】
地点Pt0、Pt2間の電圧降下Ｖ0-2は、
ｒ1＝ｒ2、ｘ1＝ｘ2として
Ｖ0-2＝ｒ1×（Ｉｐ1＋２×Ｉｐ2−Ｉｐｖ1−２×Ｉｐｖ2）＋ｘ1×（Ｉｑ1＋２×Ｉｑ2）となる。
【００５５】
Ｐ1＝Ｐ2、Ｑ1＝Ｑ2と仮定すると、
Ｖ0-2＝ｒ1×（３×Ｉｐ2−Ｉｐｖ1−２×Ｉｐｖ2）＋ｘ1×（３×Ｉｑ2）
地点Pt2の電圧（末端電圧）Ｖ2は、
Ｐ1＝Ｐ2、Ｑ1＝Ｑ2と仮定すると
Ｖ2＝Ｖ0−ｒ1×（３×Ｉｐ2−Ｉｐｖ1−２×Ｉｐｖ2）＋ｘ1×（３×Ｉｑ2）
さらに、ＰＶ1＝ＰＶ2と仮定すると
Ｖ0-2＝ｒ1×（３×Ｉｐ2−３×Ｉｐｖ2）＋ｘ1×（３×Ｉｑ2）
地点Pt2 の電圧は
Ｖ2＝Ｖ0−ｒ1×（３×Ｉｐ2−３×Ｉｐｖ2）＋ｘ1×（３×Ｉｑ2）
さらに、負荷力率１００％とした場合、
Ｖ0-2＝ｒ1×（３×Ｉｐ2−３×Ｉｐｖ2）
地点Pt2の電圧は
ＶPt2 ＝Ｖ0−ｒ1×（３×Ｉｐ2−３×Ｉｐｖ2）
となる。
【００５６】
図７は実施例１の電圧調整装置の具体例の全体構成図である。図８は図７に示す実施例１の電圧調整装置の具体例の詳細構成図である。
【００５７】
図７に示す電圧調整装置２は、単相３線式の配電線において、入力端子Ｒ１，Ｎ１，Ｔ１に単相３線式交流が入力され、出力端子Ｒ２，Ｎ２，Ｔ２から単相３線式交流が出力される。電圧調整装置２は、検出用太陽電池２１、出力端子Ｒ２に接続される配電線の送電端に流れる電流を検出する電流検出器２２ａ、出力端子Ｔ２に接続される配電線の送電端に流れる電流を検出する電流検出器２２ｂ、出力端子Ｒ２，Ｎ２，Ｔ２の電圧を検出する電圧検出器２３、電圧調整部２４ａ，２４ｂ、制御回路２５、ゲート回路２６ａ，２６ｂを有する。制御回路２５は、メモリ２５ａを有する。
【００５８】
メモリ２５ａは、算出し入力した各地点間の配電線インピーダンスと各地点における各太陽光発電装置４−１〜４−５の各定格発電容量（各定格電流）とを記憶する。制御回路２５は、検出用太陽電池２１、電流検出器２２ａ，２２ｂ、および電圧検出器２３の検出信号とメモリ２５ａからの各地点間の配電線インピーダンスと各地点における各太陽光発電装置４−１〜４−５の各定格発電容量（各定格電流）とに基づき、第２配電線２ｂの末端電圧を算出する。
【００５９】
ゲート回路２６ａ，２６ｂは、制御回路２５からの末端電圧に基づき、電圧調整部２４ａ，２４ｂにゲート信号を送出する。
【００６０】
電圧調整部２４ａは、Ｒ−Ｎ相側に設けられ、電圧調整部２４ｂは、Ｎ−Ｔ相側に設けられている。電圧調整部２４ａ，２４ｂは、ゲート回路２６ａ，２６ｂからのゲート信号に基づき、第２配電線２ｂの末端電圧が規定値内になるように交流半導体スイッチからなるトライアックＴＲＣ１〜ＴＲＣ５をオンまたはオフさせることにより補償電圧を変えて、末端電圧の電圧上昇対策および電圧降下対策を行う。
【００６１】
図８では、電圧調整部２４ａの詳細構成を示す。なお、電圧調整部２４ｂも電圧調整部２４ａと同一構成である。ここでは、電圧調整部２４ａの構成を説明する。
【００６２】
図８において、トランスＴ１ａの一次巻線Ｔ１ａｐは、入力端子Ｒ１と出力端子Ｒ２との間に接続され、トランスＴ１ａの二次巻線Ｔ１ａｓの一端は、トライアックＴＲＣ１，ＴＲＣ２の一端に接続されている。トランスＴ１ａの二次巻線Ｔ１ａｓの他端は、リアクトルＬ１を介してトライアックＴＲＣ３，ＴＲＣ４，ＴＲＣ５の一端に接続されている。
【００６３】
トライアックＴＲＣ１の他端は、トライアックＴＲＣ５の他端およびトランスＴ３の二次巻線Ｔ３ｓの一端に接続されている。トライアックＴＲＣ２の他端は、トライアックＴＲＣ３の他端に接続されるとともに、ヒューズＦ１を介してトランスＴ３の二次巻線Ｔ３ｓの他端に接続されている。トライアックＴＲＣ４の他端は、ヒューズＦ２を介してトランスＴ３の二次巻線Ｔ３ｓの中点端に接続されている。トランスＴ３の一次巻線Ｔ３ｐの一端はトランスＴ１ａの一次巻線Ｔ１ａｐの一端に接続されている。トランスＴ３は、誘導雷などによる半導体素子の破損を防止する。
【００６４】
図９はトライアックＴＲＣ１〜ＴＲＣ５のオン／オフと補償電圧との関係を示す図である。ゲート回路２６ａは、トライアックＴＲＣ１〜ＴＲＣ５のゲート端子にゲート信号を出力する。
【００６５】
トライアックＴＲＣ１〜ＴＲＣ５は、ゲート信号に基づき、図９のテーブルに示すようにオン又はオフして、例えば、補償電圧を＋５Ｖ，＋２．５Ｖ，０Ｖ，−２．５Ｖ，−５Ｖとすることにより、トランスＴ１ａの一次巻線Ｔ１ａｐの両端電圧が補償される。
【００６６】
第２配電線２ｂの末端電圧が規定電圧以上であれば、最初に補償電圧を−２．５Ｖとし、まだ末端電圧が規定電圧以上であれば、補償電圧を−５Ｖとする。末端電圧が規定電圧未満であれば、最初に補償電圧を＋２．５Ｖとし、まだ末端電圧が規定電圧未満であれば、補償電圧を＋５Ｖとする。
【００６７】
また、例えば、図１（ｂ）に示すように、第２配電線２ｂの末端電圧が２００Ｖラインから上昇した場合には、トライアックＴＲＣ２，ＴＲＣ５をオンさせることにより、補償電圧が−５Ｖとなる。交流入力が２００Ｖであり、補償電圧が−５Ｖであるので、交流出力、即ち、地点（送電端）Pt0の電圧は１９５Ｖとなり、２００Ｖラインから下降する。
【００６８】
同様にして、Ｔ−Ｎ相の電圧調整部２４ｂにトライアックＴＲＣ６〜ＴＲＣ１０を設け、トライアックＴＲＣ６〜ＴＲＣ１０をオン又はオフすることにより、Ｒ−Ｎ相、Ｔ−Ｎ相を独立に制御でき、不平衡負荷対策も行える。
【００６９】
図１０は実施例１の配電線インピーダンス算出装置及び電圧調整装置２により実現される配電線インピーダンス算出方法及び電圧調整方法を示すフローチャートである。図１０を参照しながら、配電線インピーダンス算出方法及び電圧調整方法を説明する。
【００７０】
まず、配電線インピーダンス算出装置５において、対象配電線の最大負荷容量（ＭＶＡ）とその時の低圧配電線の電圧降下（ΔＶ）とを入力する（ステップＳ１０）。
【００７１】
次に、配電線インピーダンス算出装置５において、既知の負荷力率と低圧配電線のＲとＸとの比とを入力し、最大負荷容量（ＭＶＡ）とその時の低圧配電線の電圧降下（ΔＶ）と負荷力率と低圧配電線のＲとＸとの比とに基づいて、低圧配電線のインピーダンスＲＬ，ＸＬを算出する（ステップＳ１１）。
【００７２】
次に、送電端である第２配電線２ｂの地点Pt0の電流、電圧を電流検出器２２、電圧検出器２３により検出する。また、太陽電池発電量を検出用太陽電池２１により検出する（ステップＳ１２）。
【００７３】
電圧調整装置本体２４内の制御回路２５は、検出用太陽電池２１からの太陽電池発電量と各太陽光発電装置４−１，４−２の各定格発電容量（各定格電流）とから各太陽光発電装置４−１，４−２の実際の発電による各有効電流Ｉｐｖ1，Ｉｐｖ2を算出する（ステップＳ１３）。
【００７４】
制御回路２５は、電流検出器２２からの検出電流と電圧検出器２３からの検出電圧とから有効電流、無効電流を求め、各有効電流Ｉｐｖ1，Ｉｐｖ2との差から各負荷３−１，３−２の有効電流Ｉｐ1,Ｉｐ2、無効電流Ｉｑ1,Ｉｑ2とを求める（ステップＳ１５）。
【００７５】
次に、制御回路２５は、配電線インピーダンス（ｒ，ｘ）のデータを用いて、所定の電圧計算により第２配電線２ｂの末端電圧を算出する（ステップＳ１７）。所定の電圧計算とは、第２配電線２ｂに接続される負荷が力率負荷の場合の計算式である。ゲート回路２６ａ，２６ｂは、制御回路２５からの末端電圧に基づきゲート信号を生成する。
【００７６】
次に、電圧調整部２４ａ，２４ｂは、ゲート回路２６ａ，２６ｂからのゲート信号に基づき、末端電圧が規定値内になるようにトライアックＴＲＣ１〜ＴＲＣ１０をオン又はオフさせて、補償量（補償電圧）を調整し決定する（ステップＳ１９）。
【００７７】
ゲート回路２６ａ，２６ｂは、制御回路２５からの末端電圧および送電端電圧が規定値内かどうかを判定し、末端電圧および送電端電圧が規定値内でない場合には、ゲート信号を生成してステップＳ１９に戻る。
【００７８】
一方、末端電圧および送電端電圧が規定値内である場合には、ステップＳ１９で決定された補償量により、電圧調整装置２で補償し（ステップＳ２３）、地点Pt0の補償結果を確認する（ステップＳ２５）。
このように、実施例１の電圧調整装置２によれば、例えば、太陽光発電量が負荷量を上回り、末端電圧が上昇した場合には、複数地点の各太陽光発電量を算出し、送電端の電流・電圧を検出し、逆潮流を含む有効電力、無効電力を算出し、これらと配電線インピーダンスから末端電圧を算出し、送電端電圧、末端電圧および各地点電圧が規定値内となるように電圧調整装置２の電圧を調整することができる。
【００７９】
なお、電圧調整装置２の接続位置は、送電端のみならず中間点および複数点でも良い。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、配電設備などに適用することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１ 配電系統電源
２ 電圧調整装置
３−１〜３−５ 負荷
４−１〜４−５ 太陽光発電装置（ＰＶ）
５ 配電線インピーダンス算出装置
２１ 検出用太陽電池
２２，２２ａ，２２ｂ 電流検出器
２３ 電圧検出器
２５ 制御回路
２６ａ，２６ｂ ゲート回路
２５ａ メモリ
５１ データ入力部
５２ インピーダンス算出部
Ｚ 配電線インピーダンス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配電系統電源に入力端子が接続され送電端から末端までの間の複数地点に負荷が接続された低圧配電線の送電端に出力端子が接続された電圧調整装置に必要な前記低圧配電線のインピーダンスを算出するインピーダンス算出装置であって、
最大負荷容量と前記最大負荷容量時の前記低圧配電線の電圧降下と負荷力率と前記低圧配電線の抵抗分とリアクタンス分との比率とを入力する入力部と、
前記入力部で入力された前記最大負荷容量と前記最大負荷容量時の前記低圧配電線の電圧降下と負荷力率と前記低圧配電線の抵抗分とリアクタンス分との比率とに基づいて前記低圧配電線のインピーダンスを算出するインピーダンス算出部と、
を備えることを特徴とする低圧配電線のインピーダンス算出装置。
【請求項２】
前記電圧調整装置は、
前記低圧配電線の送電端に流れる電流を検出する電流検出器と、
前記低圧配電線の送電端の電圧を検出する電圧検出器と、
前記電流検出器からの検出電流と前記電圧検出器からの検出電圧と前記インピーダンス算出部で算出された前記低圧配電線のインピーダンスとに基づき前記低圧配電線の送電端から末端までの電圧が規定値内になるように補償量を調整することにより前記低圧配電線の送電端の電圧を調整する電圧調整装置本体と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の低圧配電線のインピーダンス算出装置。
【請求項１】
配電系統電源に入力端子が接続され送電端から末端までの間の複数地点に負荷が接続された低圧配電線の送電端に出力端子が接続された電圧調整装置に必要な前記低圧配電線のインピーダンスを算出するインピーダンス算出装置であって、
最大負荷容量と前記最大負荷容量時の前記低圧配電線の電圧降下と負荷力率と前記低圧配電線の抵抗分とリアクタンス分との比率とを入力する入力部と、
前記入力部で入力された前記最大負荷容量と前記最大負荷容量時の前記低圧配電線の電圧降下と負荷力率と前記低圧配電線の抵抗分とリアクタンス分との比率とに基づいて前記低圧配電線のインピーダンスを算出するインピーダンス算出部と、
を備えることを特徴とする低圧配電線のインピーダンス算出装置。
【請求項２】
前記電圧調整装置は、
前記低圧配電線の送電端に流れる電流を検出する電流検出器と、
前記低圧配電線の送電端の電圧を検出する電圧検出器と、
前記電流検出器からの検出電流と前記電圧検出器からの検出電圧と前記インピーダンス算出部で算出された前記低圧配電線のインピーダンスとに基づき前記低圧配電線の送電端から末端までの電圧が規定値内になるように補償量を調整することにより前記低圧配電線の送電端の電圧を調整する電圧調整装置本体と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の低圧配電線のインピーダンス算出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２３７５７３（Ｐ２０１２−２３７５７３Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０５０１５（Ｐ２０１１−１０５０１５）
【出願日】平成２３年５月１０日（２０１１．５．１０）
【出願人】（０００１０６２７６）サンケン電気株式会社 (982)
【出願人】（０００２２２０３７）東北電力株式会社 (228)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１０日（２０１１．５．１０）
【出願人】（０００１０６２７６）サンケン電気株式会社 (982)
【出願人】（０００２２２０３７）東北電力株式会社 (228)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]