JP2001025160A - 限流装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 商用系統の事故発生時に商用系統と発電系統
とを連系したまま発電系統からの事故流出電流の抑制、
つまり限流を効果的に行なうことができ、且つ、装置全
体の損失が従来よりも低減されている、新しい限流装置
を提供する。 【解決手段】 商用系統（４）と発電系統（５）とを連
系した連系線（３）に設けられる限流装置であって、ダ
イオード整流回路部（１１）とこのダイオード整流回路
部（１１）の出力側に接続された超伝導コイル（１２）
とを有する整流器型限流器（１）を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願の発明は、限流装置
に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明
は、非常用発電機や自家用発電機を有する需要家やＩＰ
Ｐなどの商用系統と需要系統との連系において好適に用
いることのできる、新しい限流装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術とその課題】近年、電力に対しては、信頼
度だけでなく、瞬時電圧低下や瞬時停電をできる限り少
なくする高品質化への要求も高まってきており、この高
品質化の対応として、たとえば、ＵＰＳ（Uninterrupti
ble Power Supply：無停電電源装置）とともに非常用発
電機やコージェレネーションなどの自家用発電機を設置
することがしばしば行なわれている。

【０００３】一方、ＩＰＰ（Independent Power Produc
ers ：独立電力事業者）として、自家用発電機により自
家発電した電力を電力会社へ売るといったことも、近年
では行なわれるようになってきている。ところで、この
ように発電機を有する需要家やＩＰＰにおいては、商用
系統との並列運転を行なっている場合、たとえば商用系
統で落雷、地落などによる事故が発生すると、発電機か
ら商用系統に向かって短絡電流が流れて一時的に電圧低
下が発生したり、さらには発電機と商用系統との共倒れ
が発生したりするなどの恐れがある。

【０００４】従来より、このような商用系統事故に対す
る対策として、サイリスタスイッチを商用系統と発電機
を含む発電系統との連系線に設け、商用系統と発電系統
を商用系統事故発生時に一時的に切り離すようにするこ
とが知られているが、この場合では、迅速な商用系統事
故の検出ならびに商用系統と発電系統との切離しが必要
であり、また商用系統と発電系統との再並列についても
事故の回復後、適当なタイミングを待って行なうことが
必要であるなど、その運転に高い精度が要求されてい
た。

【０００５】そこで、商用系統事故の検出をすることな
く、商用系統と発電系統とを切り離さずに連系したま
ま、発電系統からの短絡電流の抑制、つまり限流を行な
うことのできる限流装置がすでに開発されている。図１
２は、この従来の限流装置の要部回路構成の一例を示し
たものである。たとえばこの図１２に例示したように、
従来の限流装置は、ダイオード整流回路部（ア）とこの
ダイオード整流回路部（ア）の出力側に接続されたリア
クトル（イ）とを有する整流器型限流器（ウ）を備えて
おり、商用系統（４）と発電系統（５）とを連系した連
系線（３）に設けられている。そして、リアクトル電流
以下の商用系統電流はダイオード整流回路部（ア）を通
って流れるが、リアクトル電流以上の電流が商用系統
（４）に流れようとするとダイオード整流回路部（ア）
の働きにより自動的にリアクトル（イ）が商用系統
（４）に挿入されるようになっている。これにより、商
用系統（４）に事故が発生した場合に、発電機（図示し
ていない）を有する発電系統（５）から商用系統（４）
へ向かって流れる事故流出電流を抑制し、電圧低下、お
よび商用系統（４）と発電系統（５）との共倒れを防ぐ
ことができる。また、リアクトル電流の大きさを変える
ことによって限流電流を自由に制御できる。

【０００６】しかしながら、このような従来の限流装置
では、リアクトル（イ）に常に直流電流を通電しておく
必要があり、通常のリアクトル（イ）では損失が大きく
なり、且つ、バイアス用の直流電源が必要となるといっ
た問題があった。この出願の発明は、以上の通りの事情
に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を解消
し、商用系統の事故発生時に商用系統と発電系統とを連
系したまま発電系統からの事故流出電流の抑制、つまり
限流を効果的に行なうことができ、且つ、装置全体の損
失が従来よりも低減されている、新しい限流装置を提供
することを課題としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、商用系統と発電系統とを
連系した連系線に設けられる限流装置であって、ダイオ
ード整流回路部とこのダイオード整流回路部の出力側に
接続された超伝導コイルとを有する整流器型限流器を備
えていることを特徴とする限流装置（請求項１）を提供
し、この限流装置において、超伝導コイルは、限流時に
のみダイオード整流回路部の出力電圧により充電される
こと（請求項２）をその態様としている。

【０００８】また、この出願の発明は、上記の限流装置
において、整流器型限流器とともにＰＷＭインバータを
備えており、このＰＷＭインバータによって発電系統の
電圧低下を補償すること（請求項３）や、発電系統に接
続されている重要負荷端の電圧実効値の指令値からその
電圧実効値の検出値を引いたものを比例制御し、無効電
流指令値として、発電系統の電圧低下を補償するように
ＰＷＭインバータが制御されること（請求項４）や、整
流器型限流器とともにＰＷＭインバータを備えており、
このＰＷＭインバータによって連系線電流の高調波分を
補償すること（請求項５）や、ＤＱ変換を用いて連系線
電流の高調波分を検出し、インバータ電流指令値とし
て、連系線電流の高調波分を補償するようにＰＷＭイン
バータが制御されること（請求項６）や、整流器型限流
器とともにＰＷＭインバータを備えており、このＰＷＭ
インバータによって、連系線電流の増加電流分を補償す
ること（請求項７）や、ＤＱ変換を用いて連系線電流の
増加電流分を検出し、インバータ電流指令値として、連
系線電流の増加電流分を補償するようにＰＷＭインバー
タが制御されること（請求項８）などをその態様として
提供する。

【０００９】さらにまた、上記の限流装置において、Ｐ
ＷＭインバータによって、整流器型限流器による限流時
に、超伝導コイルに充電されたエネルギーが連系線に戻
されること（請求項９）や、ＰＷＭインバータは整流器
型限流器の動作時にのみ動作すること（請求項１０）な
どもその態様としている。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付した図面に沿って実施
例を示し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく
説明する。

【００１１】

【実施例】図１は、この出願の発明の一実施例である限
流装置を例示した要部回路構成図である。たとえばこの
図１に例示したように、この発明の限流装置は、ダイオ
ード整流回路部（１１）とこのダイオード整流回路部
（１１）の出力側に接続された超伝導コイル（１２）と
を有する整流器型限流器（１）を備えている。つまり、
前述した従来の限流装置におけるリアクトル（イ）とし
て超伝導コイル（１２）が用いられている。

【００１２】超伝導コイル（１２）を用いることで、リ
アクトル自身の損失が減少するだけでなく、バイアス用
の直流電源の容量を低減することができ、また、場合に
よってはバイアス用の直流電源は不要となり、限流装置
全体の損失を大幅に低減することが可能となる。この場
合さらに説明すると、この発明の限流装置における整流
器型限流器（１）は、たとえば、単相交流の場合は図２
に例示したような単相回路構成、三相交流の場合は図３
（ａ）や図３（ｂ）に例示したような三相回路構成とす
ることができる。図２に例示した単相回路構成では、ダ
イオード整流回路部（１１）は単相ダイオード回路とな
っている。図３（ａ）に例示した三相回路構成ではダイ
オード整流回路部（１１）は三相ブリッジ回路であり、
図３（ｂ）ではダイオード整流回路部（１１）は三つの
単相ブリッジ回路を直列側で直列接続した構成であり、
両者とも三つの単相変圧器（８）を介して連系線（３）
に接続されている。ここで、三相交流の場合、限流装置
全体の損失を極力低減する観点から、図３（ａ）の三相
ブリッジ回路構成などのようにダイオードの直列数が少
ないものが好ましい。

【００１３】たとえばこれらのような整流器型限流器
（１）において、超伝導コイル（１２）は、商用系統
（４）に事故が発生して限流装置の整流器型限流器
（１）により限流動作が行なわれる際に、商用系統
（４）と発電系統（５）とを連系している連系線（３）
に挿入される限流インダクタとして働く。連系線（３）
の電流が超伝導コイル（１２）の電流よりも小さいとき
は、ダイオード整流回路部（１１）を構成する全てのダ
イオードが導通しており、連系線（３）とダイオード整
流回路部（１１）の入力側との間に設けられた単相変圧
器（８）の二次側は、ダイオードを通して短絡された状
態となっているために低インピーダンスである。連系線
（３）の電流に単相変圧器（８）の巻数比を乗じた電流
値がある一相の場合でも、超電導コイル（１２）に流れ
る電流値を超えた瞬間にダイオード整流回路部（１１）
のダイオードがターンオフして超伝導コイル（１２）を
通して電流が流れ始める。したがって、超伝導コイル
（１２）のインダクタンスが大きいため、限流作用を得
ることができる。また、超電導コイル（１２）を用いる
ことによりコイルの抵抗をほぼゼロにすることができ、
損失が大幅に低減し、バイアス電流を流すための電源を
用いる必要がなくなる。

【００１４】また、超電導コイル（１２）の充電は、限
流現象により自動的になされるものとする。つまり、限
流時にのみダイオード整流回路部（１１）の出力電圧に
より充電される。これにより、超電導コイル（１２）の
電流は定常状態（事故が発生していない状態）の商用系
統（４）の電流の波高値に等しくなり、事故発生後直ち
に、事故検出を別途行なうことなく、限流動作を開始す
ることになる。

【００１５】以上のように、この発明の限流装置は、リ
アクトル（イ）として超伝導コイル（１２）が備えられ
ていることにより、商用系統（４）の事故発生時におい
て、その事故発生の検出を行なうことなく、発電系統
（５）からの事故流出電流である短絡電流を抑制して、
商用系統（４）と発電系統（５）の共倒れを防ぐととも
に重要負荷（７）の端子間の電圧低下をも抑制でき、そ
して装置全体の損失をも抑制することができる。

【００１６】ところで、上述したように商用系統（４）
の事故発生時に整流器型限流器（１）が限流動作する
と、短絡電流の抑制による電圧低下の抑制は実現される
が、一方で、発電系統（５）における発電機（非常用発
電機や自家用発電機など）の内部インピーダンスによる
電圧低下が発生する。具体的には、発電機のインダクタ
ンスがダイオード整流回路部（１１）の転流インダクタ
ンスとなり、これにより発電系統（５）の母線電圧の低
下が引き起こされる。すなわち、たとえば交流電源が三
相の場合、転流時にはダイオード整流回路部（１１）を
通して三相交流電源の二相が短絡された状態となり、線
間短絡を起こし、発電機端電圧が低下してしまう。

【００１７】また、事故発生時において整流器型限流器
（１）が限流を行なうと、連系線（３）を流れる電流は
方形波状となるので、重要負荷（７）端の電圧が歪み、
高調波電流が発電機内部に流れてしまう。そこで、この
発明の限流装置では、たとえば図４に例示したように、
上記の整流器型限流器（１）とともにＰＷＭインバータ
（２）が備えられ、電圧低下をさらに抑制するために、
このＰＷＭインバータ（２）によって整流器型限流器
（１）の限流時の発電機端の電圧低下を補償するように
なっていることが好ましく、これにより、発電系統の母
線電圧を一定に保つことができる。

【００１８】また、高調波電流を除去して発電機内部に
流れないようにするために、ＰＷＭインバータ（２）に
よって、整流器型限流器（１）の限流時に連系線（３）
を流れる電流（以下、連系線電流と呼ぶ）の高調波分を
補償するようになっていることも好ましい。この高調波
分の補償により、限流動作により整流器型限流器（１）
に流入するエネルギーは増加するが、ＰＷＭインバータ
（２）からそのエネルギーが放出することにより、超伝
導コイル（１２）の電流の上昇を抑えることができるよ
うになる。

【００１９】さらにまた、ＰＷＭインバータ（２）によ
って連系線電流の増加電流分をも補償するようになって
いてもよく、これにより、限流時にダイオード整流回路
部（１１）から超電導コイル（１２）に充電される電力
の一部を、ＰＷＭインバータ（２）から連系線（３）に
回生して、超電導コイル（１２）の電流の上昇をさらに
抑制することができる。したがって、発電機の出力電力
の変動をより効果的に抑えることができ、その周波数の
変動をほぼなくして、さらに安定した電力供給を、整流
器型限流器（１）の限流時、つまり商用系統（４）の事
故発生時においても確保することができるようになる。

【００２０】この発明の限流装置におけるＰＷＭインバ
ータ（２）によるこれらの各機能および効果は、たとえ
ば、ＰＷＭインバータ（２）を以下のように制御するこ
とによって実現できる。まず、常時、つまり商用系統
（４）に事故が発生していない時は、ＰＷＭインバータ
（２）を停止させておき、バイパスペア運転を行なう。
整流器型限流器（１）の超電導コイル（１２）に流れる
電流は、商用系統（４）と発電系統（５）との連系線
（３）の電流に依存して変化する。

【００２１】系統異常時、つまり商用系統（４）に事故
が発生した時は、整流器型限流器（１）が限流動作を開
始すると同時に、ＰＷＭインバータ（２）が起動され
る。電圧低下を補償する場合、一般的には進みの無効電
力を吸収するようにインバータを制御さえすれば良い。
したがって、この発明でも、ＰＷＭインバータ（２）に
よる発電系統の電圧低下の補償動作時は、重要負荷端の
電圧実効値の指令値から電圧実効値の検出値を引いたも
のを比例制御し、無効電流指令値として、ＰＷＭインバ
ータ（２）を制御する。

【００２２】また、ＰＷＭインバータ（２）による連系
線電流の高調波分の補償動作時は、たとえばＤＱ変換を
用いて連系線電流の高調波分を検出し、インバータ電流
指令値として、ＰＷＭインバータ（２）を制御する。具
体的には、たとえば、連系線電流をＤＱ変換し、その基
本波周波数成分のうちの高調波分をローパスフィルタで
除去し、高調波分が除去されたＤＱ変換信号をローパス
フィルタ入力前のもとのＤＱ変換信号から引くことで高
調波分だけを検出し、これに逆ＤＱ変換を施して、イン
バータ電流指令とする。

【００２３】さらにまた、ＰＷＭインバータ（２）によ
る連系線電流の増加電流分の補償動作時は、たとえば、
高調波分と同様に、ＤＱ変換した連系線電流のうちの増
加電流分をローパスフィルタで除去し、除去したＤＱ変
換信号をローパスフィルタ入力前のもとのＤＱ変換信号
から引くことで増加電流分だけを検出し、そして逆Ｄ変
換を施したものをインバータ電流指令として、ＰＷＭイ
ンバータ（２）を制御する。

【００２４】ＤＱ変換では、三相座標系から電源電圧を
同じ角速度で回転するｄｑ座標系へ変換し、逆ＤＱ変換
では、ｄｑ座標系から三相座標系へ逆変換する。このよ
うに、一度ｄｑ座標系へ変換する理由は、ｄｑ座標上で
は、基本波周波数成分が直流成分となり、ローパスフィ
ルタ等で容易に検出し、除去することができるようにな
るためである。

【００２５】ＰＷＭインバータ（２）のこれらの各制御
を行なう手段としては、たとえば図５に例示したような
回路ブロック構成を有する制御手段を用いることができ
る。この図５に例示した制御手段では、まず、重要負荷
端の電圧実効値の指令値から重要負荷端の電圧実効値の
検出値をひいて比例制御により無効電流指令が算出され
るようになっている。

【００２６】一方、連系線電流の検出値は３φ／ＤＱ変
換部（２０）によりＤＱ変換され、ローパスフィルタ
（２１ａ）によりその高調波分が除去される。高調波分
が除去されたＤＱ変換信号はローパスフィルタ（２１
ａ）に入力される前のＤＱ変換信号から引かれる。他
方、３φ／ＤＱ変換部（２０）によりＤＱ変換された連
系線電流の検出値のＤＱ変換信号は、ローパスフィルタ
（２１ｂ）によりその増加電流分が除去され、さらにロ
ーパスフィルタ（２１ｂ）の入力前のＤＱ変換信号から
引かれる。

【００２７】なお、たとえばＤＱ変換はｃｏｓと重要負
荷端電圧を同相に取って行なう。これにより、ＤＱ変換
のＤ軸量は有効電流成分、Ｑ軸量は無効電流成分とな
る。このような制御手段により制御されたＰＷＭインバ
ータ（２）によって、事故発生時に、発電系統の電圧低
下を補償し、連系線電流の高調波成分を補償し、連系線
電流の増加電流分をも補償することで、発電系統の安定
した電力供給を事故発生時にも確実に保っておくことが
できる。

【００２８】なお、整流器型限流器（１）の限流動作終
了後、つまり事故回復後には、ＰＷＭインバータ（２）
は、超電導コイル（１２）の電流を循環させるように、
ある一相の正側および負側の素子を導通状態のままと
し、他の素子はオフ状態として待機するようになってい
る。ここで、図６に例示した回路構成において、この発
明の限流装置による効果を確認するため、事故発生時の
重要負荷端電圧、連系線電流、発電機出力電流、インバ
ータ補償電流をシミュレーション測定した。

【００２９】この図６に例示した回路構成では、商用系
統（４）における商用電源（４１）は三相交流電力であ
り、この商用電源（４１）と発電系統（５）における発
電機（５１）とを連係している三相の連系線（３）に三
つの単相変圧器（８）を介してこの発明の限流装置の整
流器型限流器（１）が接続されており、この整流器型限
流器（１）の出力側にＰＷＭインバータ（２）が接続さ
れている。具体的には、前述の図３（ａ）と同様な三相
ブリッジ回路であるダイオード整流回路部（１１）の各
入力端子に各単相変圧器（８）の二次側端子が接続され
ており、このダイオード整流回路部（１１）の一方の直
流端子に超電導コイル（１２）の一端が接続され、ダイ
オード整流回路部（１１）の他方の直流端子および超電
導コイル（１２）の他端はＰＷＭインバータ（２）の入
力側に接続されている。そして、ＰＷＭインバータ
（２）の出力側は、三相変圧器（９）を介して連系線
（３）に接続されている。

【００３０】このような回路構成において、商用電源
（４１）の出力は４６０Ｖ、６０Ｈｚ、１０ｋＶＡであ
り、発電機（８）の出力は７ｋＷで、その３０％の重要
負荷（７）が接続されており、残り７０％は商用系統
（４）へ送っているものとする。また、重要負荷（７）
には力率０．８の遅れ負荷を用いた。他の回路定数等は
下記の表１の通りである。表１に示していないが、発電
機（５１）の出力側に設けられている三相変圧器（１
０）の変圧比は４６０［Ｖ］：２３０［Ｖ］である。

【００３１】

【表１】

【００３２】なお、電流形のＰＷＭインバータ（２）
は、シミュレーションに要する計算時間の短縮のため、
制御電流源と制御電圧源を用いて図７に例示したように
モデリングをした。そして、三サイクルの三相短絡事故
を、商用系統（４）側に時刻０．０５秒にて図６に示し
た場所で発生させ、以下の三つの場合ｉ），ｉｉ），ｉ
ｉｉ）について各波形を測定した。

【００３３】ｉ）この発明の限流装置を設置しない場合 ｉｉ）整流器型限流器（１）のみを備えたこの発明の限
流装置を設置した場合 ｉｉｉ）整流器型限流器（１）および上述した図５の制
御手段により制御されるＰＷＭインバータ（２）を備え
たこの発明の限流装置を設置した場合 なお、図６の回路構成において、重要負荷端のコンデン
サＣは電圧リップル低減のためのものであり、シミュレ
ーションでは上記ｉｉｉ）の場合のみ付加した。

【００３４】図８（ａ）（ｂ）（ｃ）は、各々、上記
ｉ）の場合における事故発生時の重要負荷端電圧、連系
線電流、および発電機出力電流の波形を例示したもので
ある。図９（ａ）（ｂ）（ｃ）は、各々、上記ｉｉ）の
場合における事故発生時の重要負荷端電圧、連系線電
流、および発電機出力電流の波形を例示したものであ
る。図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、各々、上記ｉ
ｉｉ）の場合における事故発生時の重要負荷端電圧、連
系線電流、発電機出力、インバータ補償電流の波形を例
示したものである。

【００３５】まず、上記ｉ）の場合、図８（ａ）に例示
したように事故後の重要負荷端電圧は瞬時に１００％低
下し、また、図８（ｂ）（ｃ）に例示したように商用系
統（４）に流れる電流（以下、系統電流と呼ぶ）は約１
０倍に増大している。これに対し、上記ｉｉ）の場合で
は、図９（ａ）に例示したように重要負荷端電圧の低下
は抑制され、図９（ｂ）（ｃ）に例示したように系統電
流は３倍程度にしか増えており、限流効果、すなわち短
絡電流の抑制による電圧低下防止効果が実現されてい
る。しかし、徐々に重要負荷端電圧が落ち、また限流動
作により系統電流の波形が方形波状となっているために
重要負荷端電圧の波形も歪んでいる。

【００３６】上記ｉｉｉ）の場合では、図１０（ｄ）に
例示したようにＰＷＭインバータ（２）によって連系線
（３）を流れる電流の高調波分および増加電流分が補償
されるので、図１０（ａ）に例示したように重要負荷端
の電圧低下は５％程度以内であり、波形の歪みもなく、
しかも系統電流の増加も２倍程度に抑えられている。以
上の図９および図１０とを比較すると、整流器型限流器
（１）による限流時にダイオード整流回路部（１１）を
通って超電導コイル（１２）に充電されるエネルギー
が、ＰＷＭインバータ（２）を通って連系線（３）から
商用系統（４）に回生され、これにより系統電圧の低下
の抑制が行なわれていることがわかる。すなわち、ＰＷ
Ｍインバータ（２）と整流器型限流器（１）の超電導コ
イル（１２）がマイクロＳＭＥＳ（＝超電導エネルギー
貯蔵装置）として働き、系統電圧の低下の抑制を行なっ
ている。

【００３７】なお、一相地落事故を発生させた場合につ
いても同様にシミュレーション測定を行なったところ、
上記ｉ）の場合では事故相の重要負荷端電圧が０に落ち
てしまうものの、上記ｉｉ）の場合では重要負荷端電圧
には全く影響が出ず、重要負荷（７）が守られており、
この場合ではＰＷＭインバータ（２）を動作させなくて
も優れた限流効果が得られた。

【００３８】また、重要負荷（７）として、抵抗負荷、
力率０．８程度の進みの負荷を用いた場合についても三
相短絡事故を発生させてシミュレーション測定を行った
ところ、前述の図１０に例示した各波形と同様に、限流
と電圧低下の補償が実現された。ところで、この発明の
限流装置におけるＰＷＭインバータ（２）を制御する図
５に例示した制御手段において、高調波電流の除去を行
なうローパスフィルタ（２１ａ）および増加電流分の除
去を行なうローパスフィルタ（２１ｂ）の設計は、たと
えば、以下の各仕様Ｉ），ＩＩ），ＩＩＩ）を満足する
ように行なうことが好ましい。

【００３９】仕様Ｉ）高調波電流を除去するための仕様 連系線電流の高調波分の主要な成分かつ最低次数である
５次調波はＤＱ軸量では６次調波となる。このため、基
本波が６０Ｈｚの場合には、たとえば３６０Ｈｚのゲイ
ンを１％（−４０ｄＢ）以下にすることとする。 仕様ＩＩ）増加電流分を除去するための仕様 基本波分の一定の割合での増加はＤＱ軸上ではランプ入
力になる。ランプ入力ｘ＝ｘ₀ ＋αｔに対する１次遅れ
要素１／（１＋Ｔ_s ）の応答ｙ₁ 、およびこの１次遅れ
要素１／（１＋Ｔ_s ）二つを直列にしたもの１／（１＋
Ｔ_s ）² の応答ｙ₂ は、それぞれ、下記の数１および数
２のようになる。

【００４０】

【数１】

【００４１】

【数２】

【００４２】また、上式におけるαは、整流器型限流器
（１）の超電導コイル（１２）のインダクタンスＬ、整
流器型限流器（１）の変圧比Ｎ、および連系線電圧Ｖを
用いて、次式で表される。

【００４３】

【数３】

【００４４】ここで、たとえば、商用系統（４）の事故
が３サイクル程度のものである場合、３サイクル後の時
刻０．０５秒で連系線電流の増加の１０％程度以内の応
答を得るローパスフィルタが望ましい。 仕様ＩＩＩ）重要負荷の負荷変動に対する応答をよくす
るための仕様 折れ点周波数を小さくして時定数が大きくならないよう
にする。

【００４５】ここで、前述の図６に例示したようにこの
発明の限流装置が設置されている回路構成について、上
記各仕様Ｉ），ＩＩ），ＩＩＩ）を満足するローパスフ
ィルタ（２１ａ）（２１ｂ）をシミュレーション設計し
た。まず、図６の回路構成において、商用系統（４）の
基準容量は１０ｋＶＡ、基準電圧は４６０Ｖとし、発電
機（５１）の出力は７ｋＷで、その３０％の重要負荷
（７）を接続し、残り７０％は商用系統（４）へ送って
いるものとする。また、重要負荷（７）は力率０．８の
遅れ負荷である。また、超電導コイル（１２）のインダ
クタンスＬは１．０Ｈであり、整流器型限流器（１）の
入力側に設けられている変圧器（８）の変圧比は１：１
であり、ＰＷＭインバータ（２）の出力側に設けられて
いる変圧器（９）の変圧比は１：１であるとする。

【００４６】この回路条件において、上記数１および数
２におけるαは、数３を用いて、α＝４６０／（１² ・
１．０）＝４６０となる。仕様Ｉ）より、二つの１次遅
れ要素を直列にした場合は折れ点周波数が３６Ｈｚ以
下、１次遅れ要素が一つの場合は折れ点周波数が３．６
Ｈｚ以下となる必要がある。

【００４７】回路定数等を考慮した上で、時定数Ｔを変
化させた時の上記数１および数２におけるｘ，ｙ₁ ，ｙ
₂ の時刻０．０５秒後の値は、たとえば図１１に例示し
たようになる。仕様ＩＩ）より、時定数Ｔは０．０５以
上つまり折れ点周波数３．２Ｈｚ以上の１次遅れ要素二
つが直列されていることが好ましい。以上より、仕様Ｉ
ＩＩ）を考慮して仕様Ｉ）と仕様ＩＩ）を満たす最大の
折れ点周波数を有するフィルタをローパスフィルタ（２
１ａ）（２１ｂ）として用いることとが望ましい。一例
としては、たとえば、折れ点周波数３．２Ｈｚ以上の１
次遅れ要素（時定数Ｔ＝０．０５以上）二つを直列にし
た特性のフィルタが望ましい。

【００４８】次いで、折れ点周波数３．２Ｈｚ以上の１
次遅れ要素（時定数Ｔ＝０．０５以上）二つを直列にし
た特性のローパスフィルタ（２１ａ）（２１ｂ）を用い
た図５の制御手段により、この発明の限流装置のＰＷＭ
インバータ（２）を制御し、そのときのＰＷＭインバー
タ（２）による連系線電流の高調波分および増加電流分
の補償特性を求めた。ここでは、ローパスフィルタ（２
１ａ）（２１ｂ）の時定数Ｔ（折れ点周波数）を０．０
５（３．２Ｈｚ）から徐々に上げた時の、事故発生時に
おける重要負荷端電圧の歪み率、発電機出力電流の歪み
率、出力電流最大波高値、事故終了直後の超電導コイル
電流をシミュレーション測定した。下記の表２は、その
結果を例示したものである。

【００４９】

【表２】

【００５０】この表２から明らかなように、重要負荷端
の電圧や発電機の出力電流の歪みが十分抑えられてお
り、超電導コイル（１２）の電流増加も抑制されてお
り、上述したように設計されたローパスフィルタ（２１
ａ）（２１ｂ）をＰＷＭインバータ（２）を制御する制
御手段において用いることが、事故発生時における安定
電力確保にとって非常に有効であることがわかる。

【００５１】したがって、たとえば上記各仕様ｉ），ｉ
ｉ），ｉｉｉ）を満足したローパスフィルタ（２１ａ）
（２１ｂ）を用いた制御手段により制御されたＰＷＭイ
ンバータ（２）によって、発電系統の電圧低下を補償
し、連系線電流の高調波成分を補償し、連系線電流の増
加電流分をも補償することで、発電系統の安定した電力
供給を事故発生時にも確実に保っておくことができる。

【００５２】もちろん、上記の各値は一例であり、この
発明の限流装置が設置される連系線（３）が連系してい
る商用系統（４）および発電系統（５）の様々な種類
や、この発明の限流装置において用いられるＰＷＭイン
バータ（２）等の構成要素および制御手段において用い
られる構成要素の様々な種類などに合わせて変更される
ものであることは言うまでもない。

【００５３】なお、この発明の限流装置を用いて商用系
統（４）と発電系統（５）とを並列にしたまま、つまり
連系したままで限流を行なうには、超伝導コイル（１
２）に予め一定の電流を流しておく必要があり、ＰＷＭ
インバータ（２）は、この超電導コイル（１２）の初期
充電用のインバータとして機能することも可能である。
以上の整流器型限流器（１）における超電導コイル（１
２）およびＰＷＭインバータ（２）の動作についてまと
めると、常時は、一定の電力が流されている超電導コイ
ル（１２）は、ダイオード整流回路部（１１）のダイオ
ードを全てＯｎにさせておくための電流源として機能
し、ＰＷＭインバータ（２）は、超電導コイル電流のバ
イパスを行なうだけである。限流時は、発電系統（５）
の母線電圧を一定に制御すると同時に、超電導コイル
（１２）の電流増加を抑制する。

【００５４】この発明は以上の例に限定されるものでは
なく、細部については様々な態様が可能であることは言
うまでもない。

【００５５】

【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明の限
流装置は、超電導体コイルをリアクトルとして備えた整
流器型限流器により、低損失で、商用系統事故時の事故
流出電流を効率良く抑制することができる。またＰＷＭ
インバータを備えた場合では、限流効果と同時にＰＷＭ
インバータにより重要負荷端の電圧を事故発生前とほと
んど変わらないように制御できる。

【００５６】さらにまた、限流時のＰＷＭインバータの
制御により、超電導コイルのエネルギーが商用系統へ回
生され、超電導コイルのエネルギーをより小さく設計で
き、且つ、発電機の出力変動や高調波電流を抑制するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例である限流装置を例示した
要部回路ブロック図である。

【図２】単相交流の場合におけるこの発明の限流装置の
一例を示した回路構成図である。

【図３】（ａ）（ｂ）は、各々、三相交流の場合におけ
るこの発明の限流装置の一例を示した回路構成図であ
る。

【図４】この発明の別の一実施例である限流装置を例示
した要部回路ブロック図である。

【図５】ＰＷＭインバータの制御手段の一例を示した要
部回路ブロック図である。

【図６】この発明の限流装置の一実施例を示した回路構
成図である。

【図７】ＰＷＭインバータをモデリングした図である。

【図８】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、各々、事故発生時の重
要負荷端電圧、連系線電流、および発電機出力電流の波
形を例示したものである。

【図９】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、各々、事故発生時の重
要負荷端電圧、連系線電流、および発電機出力電流の波
形を例示したものである。

【図１０】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、各々、事故発
生時の重要負荷端電圧、連系線電流、発電機出力、イン
バータ補償電流の波形を例示したものである。

【図１１】ローパスフィルタの設計において用いられる
時定数Ｔとｘ，ｙ₁ ，ｙ₂ との関係の一例を示した図で
ある。

【図１２】従来の限流装置の一例を示した要部回路構成
図である。

【符号の説明】

１ 整流器型限流器 １１ ダイオード整流回路部 １２ 超伝導コイル ２ ＰＷＭインバータ ３ 連系線 ４ 商用系統 ４１ 商用電源 ５ 発電系統 ５１ 発電機 ６ 一般負荷 ７ 重要負荷 ８ 単相変圧器 ９ 三相変圧器 １０ 三相変圧器 ２０ ３φ／ＤＱ変換手段 ２１ａ，２１ｂ ローパスフィルタ ２２ 逆３φ／ＤＱ変換手段 ２３ Ｐゲイン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊谷 貞俊 大阪府吹田市山田丘２番１号 大阪大学内 (72)発明者 グエン フォン グエン 大阪府吹田市山田丘２番１号 大阪大学内 (72)発明者 岡 太良 大阪府枚方市出口６−１−１−601 Ｆターム(参考） 5G013 AA01 AA04 BA01 CA02 CA09 CA20

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用系統と発電系統とを連系した連系線
   に設けられる限流装置であって、ダイオード整流回路部
   とこのダイオード整流回路部の出力側に接続された超伝
   導コイルとを有する整流器型限流器を備えていることを
   特徴とする限流装置。
2. 【請求項２】 超伝導コイルは、限流時にのみダイオー
   ド整流回路部の出力電圧により充電される請求項１の限
   流装置。
3. 【請求項３】 整流器型限流器とともにＰＷＭインバー
   タを備えており、このＰＷＭインバータによって発電系
   統の電圧低下を補償する請求項１または２の限流装置。
4. 【請求項４】 発電系統に接続されている重要負荷端の
   電圧実効値の指令値からその電圧実効値の検出値を引い
   たものを比例制御し、無効電流指令値として、発電系統
   の電圧低下を補償するようにＰＷＭインバータが制御さ
   れる請求項３の限流装置。
5. 【請求項５】 整流器型限流器とともにＰＷＭインバー
   タを備えており、このＰＷＭインバータによって連系線
   電流の高調波分を補償する請求項１ないし４のいずれか
   の限流装置。
6. 【請求項６】 ＤＱ変換を用いて連系線電流の高調波分
   を検出し、インバータ電流指令値として、連系線電流の
   高調波分を補償するようにＰＷＭインバータが制御され
   る請求項５の限流装置。
7. 【請求項７】 整流器型限流器とともにＰＷＭインバー
   タを備えており、このＰＷＭインバータによって、連系
   線電流の増加電流分を補償する請求項１ないし６のいず
   れかの限流装置。
8. 【請求項８】 ＤＱ変換を用いて連系線電流の増加電流
   分を検出し、インバータ電流指令値として、連系線電流
   の増加電流分を補償するようにＰＷＭインバータが制御
   される請求項７の限流装置。
9. 【請求項９】 ＰＷＭインバータによって、整流器型限
   流器による限流時に、超伝導コイルに充電されたエネル
   ギーが連系線に戻される請求項３ないし８のいずれかの
   限流装置。
10. 【請求項１０】 ＰＷＭインバータは整流器型限流器の
    動作時にのみ動作する請求項３ないし９のいずれかの限
    流装置。