回転型周波数変換装置の原理(イメージ図)
東海道新幹線は東京～新大阪間の全線が交流25kV・60Hzで電化されていますが，静岡県東部を流れる富士川より東側の地域は商用周波数が50Hzであるため，東京電力から供給される50Hzの電力を本線用に3ヶ所(綱島・西相模・沼津)，車両基地用に1ヶ所(大井)，合計4ヶ所に設置されている周波数変換変電所で60Hz・77kVの電力に変換したうえで自社送電線を通じて沿線各所のき電用変電所に供給しています．
綱島周波数変換変電所は品川～新横浜間の沿線にあり，隣接する東京電力の綱島変電所から50Hz・154kVの電力供給を受け，所内にある4台の周波数変換装置で60Hz・77kVの電力に変換した上で，東海道新幹線の本線上で最も東京駅寄りの変電所である大崎変電所と新横浜変電所，および平塚変電所(ただし平塚は西相模周波数変換変電所からも供給)に自社送電線(地中や線路脇のトラフに収容された電力ケーブル)を介して供給しています．
周波数変換装置には回転型と静止型(半導体型)の2種類の装置があります．そのうち回転型は同期電動機と同期発電機が直結された構造になっています．同期電動機・同期発電機の回転数n(rpm)と周波数f(Hz)，極数pの間には
n = (120×f)/p
の関係があるため，50Hzの電力で10極の同期電動機を駆動すると出力軸は(120×50)/10 = 600rpmで回転することになります．この出力軸で12極の同期発電機を駆動すると600×12/120 = 60Hzの電力が出力される，と言う仕組みです．
回転型周波数変換装置の原理(イメージ図)
一方，静止型は半導体の一種で大電力を扱うのが得意なサイリスタをスイッチング素子に用いた三相50Hz交流→直流のコンバータと直流→三相60Hz交流のインバータを直結した構造になっていて，日本の基幹電力系統において50Hz地域と60Hz地域の間で電力融通を行っている佐久間や新信濃，東清水などの周波数変換設備と基本的には同じ仕組みです．
静止型周波数変換装置の原理(イメージ図)
回転型は堅牢で，また運転中は重い軸やローターが常時大きな回転エネルギーを蓄積しているため瞬間的な過負荷に強いという特長があります．一方で装置が大きく重くなるうえに回転部分があるために定期的なメンテナンスが必要で変換効率が悪いという欠点もあります．逆に静止型は回転型と比べると装置が小型で変換効率が高くメンテナンスが楽である特長がある一方で，半導体型であるがゆえに過負荷には弱く無理な電流を流すと瞬時に壊れてしまうという欠点があります．
綱島周波数変換変電所に元々3台あった周波数変換装置は全て回転型でしたが，やはり省エネルギーの要請とメンテナンス軽減が時代の流れであるようで，4号機が増設された際は静止型となりました．また，その後さらに1号機が回転型から静止型に置き換えられましたが，異物飛来などによる地絡や過電流，複数の電車が力行・回生制動することに伴う激しい負荷変動など，一般の変電所とは異なった負荷特性を持つ鉄道用変電所への電力供給を行う上で回転型の過負荷耐性の強さも捨てがたいことから，2024年現在では1・4号機が静止型，2・3号機が回転型で運転されています
そんな中，2023年5月にJR東海から「綱島周波数変換変電所の回転型周波数変換装置の2・3号機を静止型に置き換え，2037年度末をメドに4台全てを静止型とする」旨の計画が発表されました．前述した過負荷については，新たに開発された過負荷状態を瞬時検出して静止型装置の出力を下げる保護機能と，ダイヤや実際の列車運転状態から過負荷の発生を事前に予測して各列車にノッチ制限などによる電力制限を指示する予防技術によって対応可能となるようで，全て静止型とすることで消費電力削減とメンテナンス軽減で年間10億円近いコストダウン効果が見込めるようです
1) 綱島周波数変換変電所の正門付近のようす．
2) 綱島周波数変換変電所の銘板．
3) 綱島周波数変換変電所と道路を挟んで隣接する東京電力の綱島変電所．154kVや66kVの送電線がいくつも出入りしており，この地域の拠点となる変電所のようです．
4) 東京電力の綱島変電所から出力された154kV2回線の分岐鉄塔．左に向かって延びるのが綱島周波数変換変電所への送電線です．
5) 綱島周波数変換変電所への送電線を分岐する鉄塔を別の角度から見たところ．
6) 同じ鉄塔を真下から見上げたところ．
7) 正門の脇に建つ，東京電力の鉄塔から分岐した引き込み線を受ける受電鉄構．
8) 受電した50Hz・154kVの電力はケーブルヘッドを介してケーブルで建屋内に引き込まれています．こちらは1L側で，1号の標記とR・S・Tの相表示があります．
9) 2L側のケーブルヘッド．
10) 構内の北側にある建屋．
11) 敷地の南東側から構内を見たところ．周波数変換装置は4台全て建屋内に収められています．
12) 敷地の南側に回り込んだところ．以前は使用されていたらしい，電線が外された断路器とケーブルドラムのような物が見えます．周波数変換装置の入力側に近いようで，50Hzのハム音がしています．
13) 敷地の西側から構内を見たところ．
14) 主要な機器は基本的に建屋内にあり様子はよく分かりませんが，一部の機器は建屋そばの屋外にも設置されています．
15) 建屋内の機器に繋がるケーブルヘッドと変圧器らしき設備．
16) ケーブルヘッドと変圧器らしき設備を真横から見たところ．
17) 高調波フィルタと思われる設備も並んでいます．この辺は出力側に近いようで比較的大きな60Hzのハム音がしていました．50Hzと60Hzの両方の音が聴こえてくるのが周波数変換変電所の魅力です．
18) 一部建屋は屋上にもフィルタ類と思われる電力機器が並んでいます．
19) 綱島周波数変換変電所(左)と東海道新幹線(奥)との位置関係．線路とは隣接はしておらず少し距離があります．西南西を向いての撮影で，右手前が東京方・左奥が新大阪方です．