电压调整装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明的实施方式涉及一种设置于电网中的电压调整装置。
【背景技术】
[0002] 在电力电网中，需要使需求方的受电点电压保持一定。但是，由于电网阻抗而会产 生电压变动。通常会与离变电所的距离成比例地发生由电网阻抗导致的电压降，因此，电网 电压会下降。另一方面，还被报告有如下现象：在夜间等电力需求低的情况下，因与电网连 接的进相电容器而电网电压上升。
[0003] 另外，近年来引入了许多太阳能发电或风力发电等分布式电源，通过对电网实施 逆潮流，也会产生电压上升或较快周期的电压变动。为了对这些电压变动进行补偿，使用了 电压调整装置。
[0004] 图12中示出现有的电压调整装置。该装置叫做UPFC(Unified Power Flow Controller :统一潮流控制器），不仅能够抑制电压变动，还能够控制电力潮流。在图12中 具有：串联变压器T1，其一次绕组与电源P和负载R之间的电网串联连接；和并联变压器 T2,其一次绕组与电网并联连接，在各个变压器T1、T2的二次绕组上连接有交直流转换器I 的交流端子。
[0005] 两个交直流转换器I的直流端子经由电容器相连接，构成所谓的BTB (Back to Back:背靠背）结构。在此，设补偿电压为Vc，电网电压为Vs，电网负载容量为Ps时，交直 流转换器I的输出Pc如下。
[0007] 现有技术文献
[0008] 专利文献
[0009] 专利文献1 :日本特开2003 - 70251号公报
[0010] 但是，如上所述的现有的电压调整装置的交直流转换器必须设为由补偿电压和电 网线间电压、电网负载容量所规定的容量。因此，随着交直流转换器的输出增加，会导致电 压调整装置的损耗增加、大型化、复杂化和高成本化。
【发明内容】
[0011] 本发明的实施方式是为了解决如上所述的现有技术问题而提出的，其目的在于， 在与电网串联连接的电压调整装置中降低其交直流转换器的输出。
[0012] 本发明的实施方式的电压调整装置是为了达到如上所述的目的而提出的，其特征 在于，具有：第二串联变压器，该第二串联变压器的一次侧与第一串联变压器的二次侧和并 联变压器的二次侧串联连接，所述第一串联变压器的一次侧与电网串联连接，所述并联变 压器的一次侧与电网并联连接；以及交直流转换器，该交直流转换器的交流侧与所述第二 串联变压器的二次侧连接。
【附图说明】
[0013] 图1是示出第一实施方式的电压调整装置的结构图。
[0014] 图2是示出第一实施方式的第一交直流转换器的结构图。
[0015] 图3是示出第二实施方式的电压调整装置的结构图。
[0016] 图4是示出第二实施方式的极性反转开关的结构图。
[0017] 图5是第二实施方式的极性反转开关和并联变压器的接线图。
[0018] 图6是示出第三实施方式的电压调整装置的结构图。
[0019] 图7是示出第四实施方式的电压调整装置的结构图。
[0020] 图8是示出补偿电压与转换器输出之间的关系的说明图
[0021] 图9是示出第五实施方式的电压调整装置的结构图。
[0022] 图10是示出第五实施方式的短路开关的结构图。
[0023] 图11是示出第六实施方式的电压调整装置的结构图。
[0024] 图12是示出现有的电压调整装置的结构图。
【具体实施方式】
[0025] [第一实施方式]
[0026] (结构）
[0027] 参照图1和图2,对本实施方式的结构进行说明。本实施方式中的电压调整装置 100是相对于连接在电源11与负载12之间的第一串联变压器13以及并联变压器14进行 连接的装置，具有第二串联变压器21和第一交直流转换器22。
[0028] 电源11是三相交流的电网电源。作为电源11，例如适用三相或者单相50Hz或 60Hz的商业电源。负载12是设置在需求方的、消耗来自与电源11连接的电网的电力的装 置。
[0029] 第一串联变压器13是与电网串联连接的变压器。即，第一串联变压器13的一次 侧串联连接在电源11与负载12之间。并联变压器14是与电网并联连接的变压器。即，并 联变压器14的一次侧并联连接在电源11与负载12之间。
[0030] 第二串联变压器21是将一次侧串联连接在第一串联变压器13的二次侧与并联变 压器14的二次侧之间的变压器。第一交直流转换器22是将交流端子22a与第二串联变压 器21的二次侧连接的交直流转换器。
[0031] 在图2中，作为第一交直流转换器22,示出了三相交直流转换器的电路结构例。第 一交直流转换器22具有连接在交流端子22a与直流端子22b之间的开关元件22c、反向并 联二极管22d、电容器22e。
[0032] 开关元件22c是具有自消弧能力的半导体器件。例如，作为开关元件22c，可以使 用IGBT或MOSFET、GTO等。反向并联二极管22d是与开关元件22c并联连接，并且使开关 切换刚之后的电感器的电流回流的二极管。
[0033] 对各个相的每一相至少设置一对开关元件22c，在各相中的一对开关元件22c之 间连接有交流端子22a。各相中的开关元件22c的相反端连接在直流端子22b上。
[0034] 电容器22e是与直流端子22b并联连接的蓄电元件。电容器22e为了得到第一交 直流转换器22的输出而需要维持一定的电荷，即电能。有从电网取得所需能量的方法和从 外部取得所需能量的方法。在本实施方式中不限定于特定的方法。
[0035] [作用效果]
[0036] 具有如上所述结构的本实施方式的作用效果如下。第一交直流转换器22按照来 自控制装置等的补偿电压的指令值来切换开关元件22c，从而输出电压。
[0037] 在此，设补偿电压为Vc，并联变压器14的输出电压为Vtr，电网线间电压为Vs，电 网负载容量为Ps时，第一交直流转换器22输出的电压优选为Vc - Vtr。因此，第一交直流 转换器22的输出Pc如下表不。
[0039] 例如，若设定为Vtr = Vc/2,则第一交直流转换器22的输出Pc如下所示。
[0041] 从而，根据本实施方式，与现有方法相比，能够使第一交直流转换器22的输出减 半。因此，能够实现电压调整装置100的低损耗化、小型化、简单化、低成本化。
[0042] 此外，在本实施方式中，与现有方法相比，追加了第二串联变压器21。但是，高压电 源11与第二串联变压器21相绝缘。因此，作为第二串联变压器21，可以使用耐压比较低的 变压器，因此抑制了高成本化、大型化。
[0043] [第二实施方式]
[0044] (结构）
[0045] 利用图3、图4、图5,对本实施方式的结构进行说明。本实施方式基本上是与上述 第一实施方式同样的结构。但是，在本实施方式中，如图3所示地设置有极性反转开关30。 极性反转开关30是使端子间的电压极性反转的开关。
[0046] 极性反转开关30串联连接在第二串联变压器21的一次侧与并联变压器14的二 次侧之间。该极性反转开关30由半导体器件构成。
[0047] 参照图4说明这种极性反转开关30的一例。图4示出一个相上的电路结构。在交 流端子（1)与交流端子（2)之间具有桥接的交流开关（a)~（d)。将各交流开关（a)~（b) 连接成：开关元件和反向并联二极管并联连接而成的部分形成为电流方向相反的一对。
[0048] 图4中是使用IGBT作为交流开关（a)~（d)的开关元件的例子。但是，其他的自 消弧型半导体器件也能适用。此外，反向并联地连接有晶闸管的交流开关或者其他种类的 半导体器件也能实现。
[0049] 此外，图5中示出极性反转开关30和并联变压器14的接线图。在图5中，使用二 次侧开放的V型接线变压器作为并联变压器14。在该例子中，在并联变压器14的二次侧连 接有2个极性反转开关30。
[0050] [作用效果]
[0051] 如上所述的本实施方式的作用效果如下所述。其中，基本的作用效果与上述的第 一实施方式同样。
[0052] 首先，对极性反转开关30的极性反转动作进行说明。当接通交流开关（a)和交流 开关（d)并断开交流开关（b)和交流开关（c)时，交流端子（1)和交流端子（2)的电压极 性相同。当断开交流开关（a)和交流开关（d)并接通交流开关（b)和交流开关（c)时，交 流端子（1)和交流端子（2)的电压极性反转。
[0053] 在第一实施方式中，并联变压器14的输出电压仅为+Vtr。另一方面，在本实施方 式的情况下，通过组合并联变压器14和极性反转开关30,输出电压变为土Vtr。在补偿电 压为一 Vc的情况下