JPH0241626A - 超電導エネルギー貯蔵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、超電導コイルを使用して交流系統のエネル
ギーを貯蔵する装置に関する。

〔従来の技術〕

第４図は例えば特開昭６１−２６２０３８号公報に開示
されたこの種従来の超電導エネル’（’　　Ｉｌｉ′蔵
装置全装置回路図である。図において、（１）は交流系
統、（２）は変圧器（３）を介して交流系統（１）に接
続された電圧形インバータて、双方向即ち交流側と直流
側との間で両方向に電力を変換制御可能となっている。

（４）は電圧形インバータ（２）の直流出力側に接続さ
れた直流コンデンサ、（５）は直流コンデン→ｌ−［４
１に接続されたチョッパて、２個のＧＴＯアーム（５１
）（５２）と２個のダイオードアーム（５３）　（５／
Ｉ）とから構成されている。（６）は遮断器（７）を介
してチョッパ（５）の出力側に接続された超電導コイル
、（８）は遮断器（９）を介して超電導コイル（６）の
両端に接続された放電抵抗である。００）は超電導コイ
ル（６）の異常、例えば超電導状態か破壊するいわゆる
クエンチを検出し、それに応して遮断器（７］　（９＋
へ開閉操作の信号を送るクエンチ検出器である。なお、
このクエンチ検出器００）の詳細については、例えば「
応用超電導」　（昭和６１年７月１５日ロ刊工業新聞社
発行）の第１１９頁図４．４２および第１２０頁第８〜
１０行目に説明されている。そして、通常、遮断器（７
）は閉、遮断器（９）は開にされている。

次に動作について説明する。先ず、通常の運転状態の場
合を説明する。電圧形インバータ（２）はその位相制御
により交流系統（１）との間の電力の出入を制御して、
直流コンデンサ（４）の端子電圧Ｅｄを所定の値に保持
する。即ち、直流コンデンサ（４）の電圧が上昇すれは
位相を進まぜ交流系統（１）に電力を放出することによ
り直流コンデンサ（４）の電圧を下げ、逆にその電圧が
低下ずれは位相を遅らせ交流系統（１）から電力を流入
せしめて直流コンデンサ（４）を充電するように制御す
る。チョッパ（５）は、そのＧＴＯアーム（５１）　（
５２）の両方が同時に導通状態になると、超電導コイル
（６）の両端には正の極性の電圧Ｅｄか印加され、両ア
ーム（５１）　（５２）か同時に不導通の状態になると
、負の極性の電圧−Ｅｄ／ｌ）印加される。ＧＴＯアー
ｌ＼（５１）（５２）のいずれか−方が導通、他方が不
導通の場合には超電導コ、イル（６）はＧＴＯアーム（
５１，）（または（５２）　）とダイオ−１へアーム（
５３）（または（５４））とて短絡され超電導コイル（
６）の端子電圧は零となる。

今、ＧＴ○アーム（５１１（５２）を高周波てオンオフ
し、この内オンの期間の比率、即ち通流率α（０≦α≦
］）を変化させると超電導コイル（６）の端子電圧の平
均値■は以下の式で求まる。

■−（２α−１）Ｅｄ　　・　　・（１）従って、α−
０即ちＧＴ○アーム（５１）　（５２）を常にオフとす
ると、この平均電圧値■は−Ｅｄ、α１．０　　即ち常
にオンとすると、Ｅｄ、そしてα０．５　　即ちオンオ
フの期間を＆づつとすると平均電圧値■は零となる。

今、超電導コイル（６）の端子電圧を■［７，その電流
をＴ　Ｌとし、同コイル（６）のインダクタンスをＩ、
とすると（２）式か成立する。

この関係から、電圧ＶＬか正のときは電流ＩＬは増加し
、電圧ＶＬが負のときは電流Ｉ　Ｌは減少する。

従って超電導コイル（６）の蓄積エネルｑ−２ＬＩＬ２
（Ｊ）は、逆流率α〉０５とすることにより蓄勢され、
通流率α〈０５とすることにより放勢される。これらエ
ネルギーの放勢、蓄勢は一旦、直流コンデンサ（４）を
充放電することになるがその後、電圧形インバータ（２
）を介して交流系統（１）との間で電力の授受を行うこ
とになる。

次に、超電導コイル（６）にクエンチ等の異常が発生じ
た場合について説明する。超電導コイル（６）にクエン
チが発生ずると、その抵抗値が増大しそれに伴って熱損
失が過大となり遂にはコイルの焼損に至る。従って、こ
の超電導コイル（６）に蓄積されたエネルギーを高速に
減少させる必要があるが、このエネルギーを直流コンデ
ンサ（４）を介してそのまま交流系統（１）へ放出する
と、交流系統（１）に太きな外乱を与えることになる。

そこで、この超電導コイル（６）に発生したクエンチを
クエンチ検出器００）で検知し、直ちに遮断器（９）を
投入、遮断器（７）を遮断して超電導コイル（６）をチ
ョッパ（５）から切り部し、超電導コイル（６）の電流
Ｉ　Ｌを放電抵抗（８）へ移す。

第５図は、この場合の超電導コイル（６）の電流ＩＬと
その端子電圧ＶＬとの特性を示すもので、超電導コイル
（６）に蓄勢されていたエネルギ−２Ｌ　Ｉ　Ｌ２は放
電抵抗（８）で消費され次式に従って減衰する。

但し、（３）式において、Ｉｏは電流ＩＬの初期値、Ｒ
は放電抵抗（８）の抵抗値（Ω）、ｔは時間である。

このときの超電導コイル（６）の端子電圧ＶＬはとなり
、その最大値Ｖ　ＬＭＡＸは（５）式で表される。

■［１ＭＡＸニーＲＴｏ　　　　　　　　　・（５１〔
発明が解決しようとする課題〕 従来の超電導エネルギー貯蔵装置は以」二のように揚成
されているので、超電導コイル（６）にクエンチが発生
した場合、それによるコイルの損傷を防くためその電流
Ｉ　Ｌを急速に減衰させるには、放電抵抗（８）の抵抗
値Ｒを大きくして減衰時定数Ｔ＝Ｒを小さくする必要が
あるが、抵抗値Ｒを大きくするとその値に比例して超電
導コイル（６）の端子電圧最大値Ｖ　ＬＭＡＸが高くな
って、逆に超電導コイル（６）を耐圧面から脅かすこと
になる。このため超電導コイル（６）の耐圧を強化する
等の対策が必要となって超電導機器の寸法、価格か増大
するという問題点かあった。

この発明は以上のような問題点を解消するなめになされ
たもので、超電導コイル（６）の端子電圧ＶＬを許容値
以内に抑えた状態てその電流ＩＬを最大の減衰率て減衰
さぜることかてきる超電導エネルギー貯蔵装置を得るこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る超電導エネルギー貯蔵装置は、入力側が
直流コンデンサに接続され出力側に放電抵抗を接続した
放電回路用チョッパと、超電導コイルに異常が発生した
とき上記超電導コイルの端子電圧を所定の電圧に保持し
、かつ上記超電導コイルから放勢される電力を」二記放
電抵抗に消費させるように、上記超電導コイルに接続さ
れたチョッパと上記放電回路用チョッパとのグー１へを
制御するチョッパゲート制御回路とを備えたものである
。

〔作　　用〕

超電導コイルにクエンチ等の異常か発生ずると、先ず、
チョッパは、その出力電圧が超電導コイルに許容される
所定の電圧値に保持されるようその通流率を設定する。

この結果、超電導：１イルの電流は最大の一定傾斜で減
少し、零に至る。また、放電回路用チョッパは、超電導
コイルから放勢される電力に応してその逆流率を設定し
、その電力を放電抵抗に消費させる。この結果、上記放
勢による交流系統への外乱が抑制される。

〔実　施　例〕

第１図はこの発明の一実施例にお（つる超電導エネルギ
ー貯蔵装置を示す回路図である。図において、（１）〜
ｆ７１　（８］　（１０１は従来の場合と同一・である
。但し、放電抵抗（８）は放電回路用チョッパ（１１）
を介して直流コンデンサ（４）に接続されている。即ち
、放電回路用チョッパ（１１）は直流コンデンサ（４）
の電圧を入力して動作し、その出力側に放電抵抗（８）
を接続している。（１２）はチョッパ（５）の通流率α
１を制御する第１のゲート制御回路、（１３）は放電回
路用チョッパ（１１）の通流率α２を制御する第２のゲ
ート制御回路、（１４）は超電導コイル（６）の電流Ｉ
Ｌを検出してその出力を第２のケーｌ〜制御回路（１３
）へ送出するＤＣＣＴである。そして、クエンチ検出器
００）の出力は両ケーｌ〜制御回路（１２）および（１
３）に送出される。クエンチ検出器ａ０１、両ゲート制
御回路（１２）　（１３）およびＤ　ＣＣＴ　（１４，
）によりチョッパゲート制御回ｉ￥Ｉｔ　（１５）を楊
成する。

次に、超電導コイル（６）かクエンチを発生したときの
動作を説明する。先ず、第１のグー）へ制御回路（１２
）はクエンチ検出器００）からの信号を受けるとチョッ
パ（５）の通流率α、を以下の式で求まるα。に設定す
る。即ち、超電導コイル（６）の許容最大電圧をＶＬ八
へ、とすると、（コ）式から （２αｏ　　１　）　Ｅ　ｄ−ＶＬＡＬとなり、これか
ら通流率α。は て求まる。ここで直流コンデンサ（４）の電圧Ｅ　（ｌ
は一定であるからこの値は予め設定することができる。

超電導コイル（６）の端子電圧ＶＬを」ユ記のように制
御すると、（２）式から次式が成立する。

即ち、超電導コイル（６）の電流丁［、は最大の傾斜て
減少し、やがて零となる。電流ＪＬが零になるとチョッ
パ（５）のＧＴ○アーム（５１）（５２）はター１−信
号にかかわらずオフ状態となり電流Ｉ　Ｌは逆方向に流
れることはなく完全に零となる。第２図に以上の間の電
流ＩＬ、電圧ＶＬおよび通流率α１の動作波形を示す。

同図のうち電流ＩＬの図に従来の場合の減衰波形を点線
で併記するが、この発明により電流Ｉ　Ｌの減少が速め
られていることが判る。

次に、放電回路用チョッパ（１１）は通常オフの状態に
ある。即ち、第２のゲート制御回路（１３）からの通流
率α２は零となっている。ここて、クエンチ検出器００
）からの信号を受けると、超電導コイル（６）の蓄勢エ
ネルギーを放電抵抗（８）で消費するように、その通流
率α２が設定される。

即ち、逆流率をα２とすると放電抵抗（８）の端子電圧
ｖｎは ＶＲ＝α２Ｅｄ　・・　　　・　　　（８）となり、こ
れから放電抵抗（８）で消費される電力ＰＲは（９）式
て表される。

一方、超電導コイル（６）から放勢される電力ＰＬはＰ
Ｌ＝ＶＬＡＬＩＬ　・・・・　・・　００）となる。従
って、ここでＰ　Ｒ−Ｐ　Ｌとなる、１うに通流率α２
を制御すると、超電導コイル（６）に蓄積されていたエ
ネルギーはすべて放電抵抗（８）で消費され、交流系統
（１）へは全く放出されないことになる。

この場合、（９）　（１０１式から通流率α２はで、結
局通流率α２は電流Ｉ　Ｌの平方根に比例して制御する
ことになる。第２図の最下段に通流率α、の波形を示す
。

第３図はこの発明の池の実施例のものを示す回路図であ
る。但し、ここでは主回路の部分のみを示し、ゲーＩ・
制御回路等は図示を省略している。

この実施例では２個の超電導コイル（６ａ）および（６
ｂ）に対応してそれぞれチョッパ（５ａ）および（５ｂ
）か接続されており、これらか並列になって共通の電圧
形インパーク（２）および直流コンデンサ（４）に接続
されている。放電抵抗（８）および放電回路用チョツバ
（１１）も１組て両コイル（６ａ）　（６ｂ）からの放
勢電力を消費できるようになっている。勿論、超電導コ
イル（６ａ）（６ｂ）の一方のみかクエンチを生じた場
合は、他方の超電導コイルは通常の電力授受動作を継続
することがてきる。

なお、上記実施例においては、ＰＬ＝ＰＲとして超電導
コイル（６）に蓄積されていたエネルギーのすべてを放
電抵抗（８）で消費させるよ゛うにしたが、許容される
範囲で交流系統（１）へもある程度エネルギーを放出さ
せるようにしてもよい。この場合、放電抵抗（８）の容
重をその分低減することかできる。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明ては、放電抵抗の通電を制御する
放電回路用チョッパを別途設け、超電導コイルに異常が
発生したとき、その端子電圧を所定の電圧に保持し、か
つ超電導コイルから放勢される電力を放電抵抗て消費さ
せるように両チョッパを制御するようにしたので、超電
導コイルの耐圧を」二げることなく電流を急速に減衰さ
せることができ、なおかつ超電導コイルの放勢による交
流系統への影響も抑制される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の−・実施例におりる超電導エネルギ
ー貯蔵装置を示す回路図、第２図は第１図における電流
、電圧１通流率の動作波形を示す図、第３図はこの発明
の他の実施例のものを示す回路図、第４図は従来の超電
導エネルギー貯蔵装置を示す回路図、第５図は第４図に
おける電流、電圧の動作波形を示す図である。 図において、（１）は交流系統、（２）は電圧形インバ
ータ、（４）は直流コンデンサ、（５１はチョッパ、（
６）は超電導コイル、（８）は放電抵抗、（１１）は放
電回路用チョッパ、（１５）はチョッパ制御回路である
。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人　弁理士　大　岩　増　雄

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 交流系統に接続された双方向変換制御可能な電圧形イン
   バータ、この電圧形インバータの直流出力側に接続され
   た直流コンデンサ、この直流コンデンサに接続され出力
   電圧を両極性にわたって制御可能なチョッパ、このチョ
   ッパの出力側に接続された超電導コイル、およびこの超
   電導コイルに異常が発生したとき上記超電導コイルに蓄
   勢されたエネルギーを消費する放電抵抗を備えたものに
   おいて、入力側が上記直流コンデンサに接続され出力側
   に上記放電抵抗を接続した放電回路用チョッパと、上記
   超電導コイルに異常が発生したとき上記超電導コイルの
   端子電圧を所定の電圧に保持し、かつ上記超電導コイル
   から放勢される電力を上記放電抵抗に消費させるように
   上記両チョッパのゲートを制御するチョッパゲート制御
   回路とを設けたことを特徴とする超電導エネルギー貯蔵
   装置。