JPS60139139A - エネルギ蓄積装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、核融合装置、電力系統安定装置に用いられ、
電力系統により供給される電力が不足したときに電力系
統に電力を供給するエネルギー蓄積装置の改良に関する
。

〔発明の技術的背景〕

超電導コイル（以下、コイルと略す）に直流電流を流す
とコイルには、コイルのインダクタンスと直流電流値と
で決まるエネルギーが蓄積される。そこでコイルの電気
抵抗を零と、一定；してコイルの端子間を極めて小さな
抵抗を持つ導体で短絡すると、コイルと導体とに循環電
流が流れ続ける。この循環電流が流れている間は、コイ
ル内に電磁エネルギーが蓄えられていることになる。そ
うして、この電磁エネルギを取り出す場合は、コイル端
子間の導体を取外して他の電気的な補助装置により放出
させることになる。以上のような動作を応用して電力系
統の電力を蓄積し、電力系統の電力が不足したときにそ
の電力を供給するエネルギ蓄積、装置がある。

このエネルギ蓄積装置は、制御応答が良く、エネルギ変
換効率も高く、エネルギの蓄積装置として有望視されて
いる。その主な用途は、余剰電力でエネルギを蓄積し負
荷増大時に電力を供給する。

第１図は従来におけるエネルギ蓄積装置の構成図であり
単線結線で示しである。エネルギの蓄積にあっては、電
力系統１にスイッチ２および変圧器３を介して接続され
、サイリスタのケトに電流を流して点弧角を制御し、こ
れにより順変換から逆変換領域才での運転が可能な例え
ば三相ブリツチ結線からなる交直変換装置４により電力
系統１の交流電力を直流電力に変換して、変換装置４に
接続されたエネルギ蓄積コイル（以下、蓄積コイルと略
す）５に加える。

そうして、蓄積コイル５に流れる電流Ｉｄが定格値に達
したときに変換装置４をバイパスペア運転に切換えて蓄
積コイル５と変換装置４とでなる閉回路に循環電流を流
す。この後、蓄積コイル５に並列接続されたスイッチ６
を閉じて、このスイッチ６と蓄積コイル５とにより形成
される閉回路に循環電流を流す。これで電力系統１から
供給された交流電力が蓄積コイル５に電磁エネルギとし
てたくわえられる。

一方、蓄積コイル５にたくわえられたエネルギを交流電
力に変換して電力系統１に供給する場合は、スイッチ６
を開にして変換装置４を逆変換運転に切換えることによ
り行なわれる。

ところで、コイルに蓄えられる電磁エネルギＪと電力Ｐ
ｄと電圧Ｖｄとの関係は、コイルのインダクタンスをＬ
１電流をＩｄ、時間を１として表わすと、 Ｊ＝−・Ｌ−Ｉｄ”　・・・・・・・・・（１）となる
ことは周知である。そして、第２図（ａ）。

（ｂ）　、　（Ｃ）は、上記第（１）弐〜第（３）式か
ら得られた工直流電流Ｉｄ、第２図（ｂ）は時間対直流
電圧Ｖｄ。

第２′図（ｃ）は時間対直流電力Ｐｄのそれぞれ特性で
ある。第２図（ａ）　、　（ｂ）　、　（Ｃ）から判る
′ようにコイル５から一定の直流電力を電力系統１に供
給する場合、コイル５にたくわえられたエネルギを１０
０％放出しようとすると無限大レベルの電圧を発生させ
る必要がある。つ才り、変換装置４を逆変換運転として
電力Ｐｄを電力系統１に転送する場合、直流電流Ｉｄの
減少とともに直流電圧Ｖｄを高くさせる必要がある。こ
のため変換装置４としては、変換電力Ｐｄに対して数倍
ないし数１０倍の容量をもつ設備を設置する必要がある
。

〔背景技術の問題点〕

以上のように従来の装置では、変換する電力Ｐｄに対し
て変換装置の容量を大きくしなければならずその設備が
大きくなって不経済となる。

才た、起電導コイルすなわち音種コイルの大きさにもよ
るが、従来の装置では、コイルへのエネルギの蓄積を比
較的短い時間で行なってコイル端子間の短絡スイッチを
閉、じてそのエネルギを保持するか、あるいは、余剰電
力により長時間かけて蓄積して保持していた。このため
蓄積、保持の時間が長くなる。逆に電力系統１への電力
供給時間は短かい。したがって変換装置４の稼動率（運
転時間７日）が悪かった。なお変換装置４により定電圧
運転も可能であるが、エネルギ蓄積装置を揚水発電所と
同等の機能とするには、電力Ｐｄを一定として出力する
ことが望才しい。

〔発明の目的〕

本発明は上記実情に基づいてなされたもので、その目的
とするところは、変換装置の容量を大きくせずに、かつ
蓄積コイルに蓄積された電磁エネルギの利用率を向上さ
せて電力系統に電力を供給し得、さらに変換装置の稼動
率を向上させ得るエネルギ蓄積装置を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

本発明は、複数のエネルギ蓄積コイルに電力系統の電力
を交直変換装置を介して蓄積し、この蓄積されたエネル
ギを放出させるときは、蓄積放出回路の切換スイッチを
動作させて前記エネルギ蓄積コイルのそれぞれを蘭記交
厘変換装置に接続して放出させ、この後、前記切換スイ
ッチを動作させて前記エネルギ蓄積コイルを並列接続し
て前記交直変換装置に接続して放出させるエネルギ蓄積
装置である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例について第３図および第４図（
ａ）〜−）を参照して説明する。なお、第１図と同一部
分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。第
３図は本発明に係るエネルギ蓄積装置の構成図である。

、ｌＥ３図に示すように交［変換装置の負荷側には、エ
ネルギ蓄積コイル（以下、蓄積フィルと略す）　１０と
蓄積放出回路を構成する切換スイッチ２０と蓄積コイル
１１との直列回路が接続されている。そして、蓄積コイ
ル１０には、バイパススイッチ２１が並列接続され、蓄
積コイル１１には、バイパススイッチ２２が並列接続さ
れている。さらに、蓄積コイルｌＯとスイッチ２０との
直列回路には、切換スイッチ２３が並列接続され、また
蓄積コイル１１とスイッチ２０との直列回路には、切換
スイッチ２４が並列接続されている。なお、本装置では
、交直変換装置４の陽極側に蓄積コイル１０が接続され
、陰極側に蓄積コイル１１が接続されたものとなってい
る。また、交直変換装置４は、本装置を設けたシステム
全体の電力容量からその定格電圧、定格電流が設められ
ている。

次に上記の如く構成された装置の動作について説明する
。電力系統１の電力を蓄積コイル１０゜１１に電磁エネ
ルギーとして蓄積する場合は、スイッチ２０を閉じ、バ
イパススイッチ２１゜２２およびスイッチ２３．２４を
開いておく。

この状態でスイッチ２を閉じて電力系統１の電力を変圧
器３を介して交［変換装置４に送る。

このとき交直変換装置４は、そのサイリスタのゲートに
例えば中央監視所からゲート電流を流して点弧角を制御
して順変換運転とし、交流電力を直流電力に変換して蓄
積コイル１０．１１に加え、これらコイル１０　、　Ｊ
　１に除々に電流を流す。そうして、この電流が安格電
流値に達したら交直変換装置４をバイパスペア運転（以
下、ＢＰＰ運転と呼す）に切換えて、交直変換装置４、
蓄積コイル１０．スイッチ２０および蓄積コイル１１か
らなる閉回路に電流を循環させて流す。

さらに、バイパススイッチ２１．２１を閉じてバイパス
スイッチ２１と蓄積コイＪし１０とからなる閉回路およ
びバイパススイッチ２２と蓄積コイル１１とからなる閉
回路に電流を循環させる。

そして、スイッチ２０を開く。これによりエネルギの蓄
積は完了し、この状規で本装置は待期する。

ここで電力系統１により供給する電力が不足し、本装置
により電力を電力系統１に供給する場合について説明す
る。待期状態にある本装置のスイッチ２３を閉じて交直
変換装置４をＢ　Ｐ、Ｐ運転に切換え、バイパススイッ
チ２２を閉じる。

すると蓄積コイル１１から電流１ｄｌが蓄積コイル１１
．５５ｔ［変換装置４、スイッチ２３からなる閉回路に
流れる。ここで交直変換装置４を　・・ＢＰＰ運転から
逆変換運転（以下、Ｉｎｖ運転と呼す）に切換えると、
蓄積コイル１１に蓄積された電磁エネルギは交流電力に
変換されて電力系統１に供給される。具体的には、ｒ［
ｆＬ電流ＩｄＪは第４図に示すように徐々に減少し、ま
た蓄積コイル１１間の直流電圧Ｖｄｌは第４因に示すよ
うに徐々に上昇しながら、これら電流１ｄｌと電圧Ｖｄ
ｌとの乗算によって得られる一定の電力が交直変換装置
４により交流電力に変換されて電力系統１に供給される
。そうして、電圧Ｖｄｌが上昇し時刻Ｈにおいて交直変
換装置４の定格電圧に達すると、これ以後は一定電圧の
運転となるため一定電力を供給することができなくなる
。

しかし、蓄積コイル１１間の宵、圧Ｖｄｌが定格電圧に
達しても蓄積コイル１１には、比較的大きな電磁エネル
ギが蓄積されている。したがって電圧ＶｄＪが定格市、
圧に達したならば、直ちにすなわち時刻ｔ１時に交直変
換装置４をＢＰＰ運転としバイパススイッチ２２を閉じ
てスイッチ２３を開く。さらに、時刻ｔｔにおいてスイ
ッチ２４を閉じてバイパススイッチ２ノを開き交直変換
装ｆ４をＢＰＰ運転からＩｎｖ運転に切換える。そうす
ると蓄積コイル１０に蓄λられた電磁エネルギが一定の
交流電力に変換されて電力系統１に供給される。このと
きの蓄積コイル１０から流れる電流１ｄ２および蓄積コ
イル１０間の電圧Ｖｄ２は、第４図に示すように変化す
る。

そして、時刻ｔ２において蓄積コイル１０間の電圧Ｖｄ
２が交直変換装置４の定格電圧に達したならば、交直変
換装置４をＢＰＰ運転にしてスイッチ２３を閉じバイパ
ススイッチ２２を聞く。これｌこより、蓄積コイル１０
と１１とは並列接続されるので、文１１！変換装置４に
は、Ｉｄｌ　＋Ｉｄ２なる電流〔第４図１ｄＯ）が流；
几る。そこで、交直変換装置４をＩｎｖ運転に切換える
。するき、交直変換装置４により一定の交流宿カカ（を
力系統１に供給される。この結果、電力系統１には、縞
４図に示すように時刻９１〜重３才での間一定の直流電
力ＰｄＯが交流型重力に変換されて供給される。なお、
第４図に示すＶｄＯはｖｄ１＋■ｄ２なる電圧を示して
いる。

このように本装置においては、蓄積コイル２０゜１１と
切換スイッチ２０〜２４を有する蓄積放出回路とから構
成し、蓄積コイル１０　、１１に蓄積された１磁エネル
ギを交流重力に変換して電力系統１に供給する場合、ス
イッチ２０〜２４を動作させてまず蓄積コイル１１を交
直変換装置１ 置４に接続し、次に蓄積コイル１０を交直変換装置４に
接続し、さらに蓄積コイルＺＯと１１とを並列接続して
交直変換装置４に接続するようにしたので、蓄積コイル
１０　、　Ｊ　Ｊに蓄積された電磁エネルギをほとんど
放出させて交流電力に変換することができ、蓄積された
電磁エネルギの利用率を向上させることができる。した
がって、蓄積コイルの数を増やせば増やすほど、その蓄
積コイルに蓄積された電磁エネルギを１００％近く利用
できる。才だ、交直変換装置４１台で複数の蓄積コイル
の運転を行なうので、交直変換装置４の稼動率をも向上
させることができる。

しかるに、本装置は、通常の揚水発電所と同様に余剰電
力によりその電力を電磁エネルギとして複数の蓄積コイ
ルに蓄積しておき、緊急時すなわち電力系統１に接続さ
れた負荷の消費電力がピークに達して供給電力が不足し
たときに低容量の交直変換装置４を・用いて複数の蓄積
コイルに蓄積された電磁エネルギを大電力に変換し富力
系統１に供給し得る。よって、小設備の交直変換装置を
用いればよく経済的となる。

次に本発明の変形例について第５図および第６図を参照
して説明する。なお、第３図と同一部分には同一符号を
付してその詳しい説明は省略する。第５図は本発明に係
るエネルギ蓄積装置の変形例を示す構成図であって、こ
の装置は交直変換装置の稼動率（利用率）をさらに向上
させたものである。

交は変換装装置３０は、ｍ個の小容量の変換装置３０−
１〜３０−ｍに分割して構成し、その１つの変換装置例
えば３０−１を負荷時のタップ切換器付きのものとする
。なお、□交直変換装置３０は、少なくとも２台とし、
そのいずれか一方にタップ切換器を備えてもよく、また
、全ての変換装置３０−１〜３０−ｍでＢＰＰ運転と位
相制御の運転とを行なわれてもよい。これに対応して変
圧器３１は、その負荷側すなわち変換装置３０−１〜３
０−ｍ側をｍ個に分割する。そして、電力系統１の負荷
側Ｌｔたは発電（を源）側Ｐに計器用変流器３２を設け
、才たスイッチ２さ変圧器３１との間に計器用変流器３
３を設ける。そうして、電力系統１に加えられている電
圧を計器用変成器３４により変成した電圧と、変流器３
２からの電流に基づいて電力系統１における電力角、周
波数などの電気諸量を、電力系統１を安定させるために
監視するとともに無効電力を調整する機能を備えた電力
系統安定度監視装置３５が設けられている。才た、蓄積
装置検出器３６は、変成器３４からの電圧と変流器３３
からの電流とに基づいてエネルギ蓄積装置へ供給される
電力の電力角、周波数などの電気諸量を検出するもので
ある。さらに、変換器制御装置３７は、電力系統安定度
監視装置３５から送出される冬篭気諸量を示す信号と蓄
積装置検出器３６から送出される各電気諸量を示す信号
との偏差に基づいて制御量をめ、その制御信号を各変換
装置３０−２〜３０−ｍに送出するものである。

このように構成した装置では、蓄積コイル１０゜１１に
エネルギを蓄積すると同時に、電力系統安定度監視装置
３５から送出される信号と蓄積装置検出器３６から送出
される信号との偏差に基づいて変換器制御装置３７が制
御・１キ号を作成して、その制御信号を変換装置ｆ３０
−２〜３０−ｍに送出する。これにより変換装置３０−
２〜３０−ｍは、そのサイリスタの点弧角が制御すなわ
ち位相制御され、変換装置３０−２〜３０−ｍの定＠電
圧、定格電流の範囲で電力系統１の電力を直流′イカに
変換して蓄積コイル１０゜１１に供給する。なお、変換
装置３０−２〜３０−ｍは、例えば変換装置３０−２．
３０−３をＢＰＰ運転とし、変換装置３０−４〜３０−
ｍを変換器制御装置３７から送出される制御信号により
制御されるもとしてもよい。このように変換装置３０−
２〜３０−ｍの制御される台数を変λることにより、電
力系統１から供給される電力つまり磁気エネルギとして
蓄濱する量を調整することかできる。ソた、電力系統安
定度監視装置３５および蓄積装置検出器３６により無効
電力の供給を１ｇ＠整すれば、電力系統１の電力が変動
してもその電圧値を一定に保つことができる。

以上のようにしてエネルギが蓄積された場合の装置の運
転パターンを第６図に示す。第６図において時刻ｉ１０
からｉｌｌがエネルギ蓄積時間、ｉｌｌ〜ｉ１２がエネ
ルギ保持時間（待期時間）、ｔ１２〜ｉ１３がエネルギ
放出時間である。そして、この運転パターンが所定の間
隔で繰返される。

このようにすれば、電１力系統１に接続された負荷での
消費電力がピークに達してその供給電力が不足したとき
（第６図に示す時刻１＋ｚ）１こ、電力を供給でき、さ
らに変換装置ｔ３０の稼動率を向上させ得る。、 〔発明の効果〕 本発明によれば、複数のエネルギ蓄積コイルの個々を、
蓄積放出回路の切換スイッチを動作させて交直変換装置
に接続して電、磁エネルギを放出させ、次ζこエネルギ
蓄積コイルを並列接続して交直変換装置に接続して電磁
エネルギを放出させるので、変換装置の容量を大きくせ
ずに、かつ蓄積コイルに蓄積された電磁エネルギの利用
率を向上させて電力系統に電力を供給し得、さらに変換
装置の塚動率を向上させ得るエネルギ蓄積装置を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来におけるエネルギ蓄積装置の構成図、第２
図（ａｔ　、　（ｂ）　、　（ｃｌは第１図に示す装置
でのエネルギ放出を説明するための図、第３図は本発明
に係るエネルギ蓄積装置の一実施例を示す構成図、第４
図は第３図に示す装置でのエネルギ放出を説明するため
の図、第５図は本発明の装置の変形例を示す構成図、第
６図は第５図に示す装置の運転パターンの一例を示す図
である。 １・・・電力系統、２・・・スイッチ、３・・・変圧器
、４・・・交直変換装置、１０　、１１・・・エネルギ
蓄積コイル、２０，２３．２４・・・切換スイッチ、２
１゜２２・・・バイパススイッチ、３０・・・交ｉＮｆ
換装置、３０−１〜３０−ｍ・・・変換装置、３５・・
・電力系統安定度監視装置、３６・・・蓄積装置検出器
、３７・・・変換器制御装置。 出願人代理人　弁理士　鈴江　武彦 −−ト　−乙 第３図 １ 第４図 ｔ１ｔ２　ｔ３

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電力系統の交流電力を直流電力に変換するととも
   に直流電力を交流電力に変換して前記電力系統に送る交
   直変換装置と、この交直変換装置により供給される直流
   電力を電磁エネルギとして蓄積する複数のエネルギ蓄積
   コイルと、これらエネルギ蓄積コイルのそれぞれを前記
   交直変換装置に接続するとともに複数の前記エネルギ蓄
   積コイルを並列に接続して前記交直変換装置に接続する
   複数の切換スイッチを有する蓄積放出回路とから構成さ
   れ、前記エネルギ蓄積コイルに蓄えられたエネルギの放
   出は、前記切換スイッチにより前記エネルギ蓄積コイル
   のそれぞれを前記交直変換装置に接続して前記交直変換
   装置の定格値を越えない範囲まで放出させ、この後前記
   切換スイッチにより前記エネルギ蓄積コイルを並列接続
   して前記交直変換装置に接続して放出させることを特徴
   とするエネルギ蓄積装置。
2. （２）　交直変換装置は、複数の小容量の変換装置から
   構成し、１つの前記変換装置をのこして他のすべての前
   記変換装置は、無効電力供給源としての系統安全装置か
   ら送出される信号とエネルギ蓄積装置の電気諸量を検出
   する蓄積装置検出器から送出される信号きに基づいて得
   られた制御信号により制御されるものである特許請求の
   範囲第（１）項記載のエネルギ蓄積装置。