KR910006951B1 - 초전도코일 에너지 저장회로 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 본 발명에 의한 초전도코일 에너지 저장회로의 블록회로도.
제2a-제2도d도는 제1도의 회로도에서 다른방식의 전류회로도.
제3도는 본 발명의 에너지 저장회로에 사용 가능한 AC/DC컨버터회로도.
제4도는 본 발명의 에너지 저장회로에 사용 가능한 3상 AC/DC컨버터회로도.
제5도는 본 발명의 에너지 저장회로에 사용 가능한 교류가역쵸퍼(Revercible chopper).
제6도는 본 발명의 에너지 저장회로에 사용 가능한 다른 교류가역쵸퍼.
제7도는 종래의 초전도코일 에너지 저장방식의 블록회로도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 교류입력단자 2 : 3상 AC/DC변환회로
3 : 초전도코일단락스위칩 4 : 초전도에너지저장코일
5 : 재냉각시스템 6 : 절연변압기
7 : AC/DC변환회로 8 : DC/AC 변환회로
9 : DC콘덴서 10 : 가역쵸퍼
11 : 제어회로 12 : 전류검출기
13 : 코일전류검출기 14 : 전압검출기
15 : DC리액터 17 : 다이오우드
17a, 17b : 스위치엘리먼트 22a, 22b : 사이리스터브리지회로
본 발명은 교류전력시스템에 대한 초전도에너지가역저장회로에 관한 것이다. 원자력발전소 혹은 대단위 화력발전소는 일정한 출력으로 운전되도록 제어하는 것이 요망된다.
다른 한편으로는 일반적으로 전력수요는 야간에 현저히 감소하게 된다. 이와같이 전력의 공급과 수요의 불균형을 피하기위하여 전력저장장비의 개발이 요구되어 왔다.
이러한 상황하에서 관심을 끈것은 초전도 자석에 의한 초전도코일 에너지저장방식이다.
초전도코일에너지저장방식은 예를들면 미국특허 4122512호 피터슨등에 공시된 바와같이 이미 공지의 사실이다.
제7도는 이 종래방식의 회로를 도시한 것이며 이 도면에서 1은 교류전력 공급선에 연결된 교류입력단자, 2는 사이리스터로 구성된 3상 AC/DC변환회로, 3은 초전도코일 단락스위치, 4는 초전도에너지저장코일, 5는 초전도에너지저장코일(4)의 재냉각시스템, 21은 3상 AC/DC변환회로의 전류(轉流)리액턴스, 22는 3상 AC/DC변환회로(2)의 사이리스터브리지회로, 그리고 23은 3상 AC/DC변환회로(2)를 통하는 에너지흐름을 제어하기위한 위상제어회로이다.
상기 운전방식은 다음과 같다.
제7도에서, 3상 AC/DC변환회로(2)로서 작동하는 가역컨버터는 AC입력단자에서 전원에 연결된다. 그리고 위상제어회로(23)은 3상 교류공급선과 초전도에너지저장코일(4)간의 에너지흐름을 교류공급전압과 회로전류간 위상차조정에 의하여 제어한다.
그 회로전류는 공급전력전압과 비교하여 위상이 지연되고 있을때 전력공급선에서 초전도에너지저장코일(4)로 에너지를 공급하여 그 위상이 진위상(進位相)으로 조정되면 그 반대방향으로 에너지를 방출한다. 제로역율제어로 설정시는 에너지는 초전도에너지저장코일(4)에 저장유지된다.
이외에 교류전력공급선으로부터 초전도에너지저장코일을 통하는 코일전류를 분리하는 것은 사이리스터 브리지회로(22)를 바이패스시키면서 초전도코일 단락스위치를 개폐함으로서 가능하게 된다.
또한 5는 초전도에너지저장코일(4)를 재냉각시키는 재냉각시스템을 표시한다.
전류(轉流)리액턴스(21)은 사이리스터브리지회로(22)가 별도여자전류에 의하여 작동되는 경우에 이용된다. 에너지저장코일을 통하는 전류는 3상 AC/DC변환회로와 그리고 3상 AC공급선을 통하여 흐르도록 초전도에너지저장회로의 설계가 되어있으므로 교류공급선 장비 및 사이리스터컨버터의 정격전류는 코일전류의 최고치가 되도록 설계하지 않으면 안되었다.
이때문에 초전도코일에너지회로의 교류측부분의 전류용량은 사용전력의 상응하지 않는 코일의 정격전류에 근거하여 설정되었다.
따라서 불가피하게 대규모로 반영하고 대량손실을 초래하였으며 이것은 종래 기술에서 당면한 문제점이었다.
본 발명은 상기와같은 문제점을 해소하기 위한것으로써 사용전력에 일치하는 교류측부분의 전류용량으로 규모를 줄이는 동시에 운전손실을 감소시키는 초전도코일에너지저장회로를 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 초전도코일 에너지저장회로는 AC/DC변환회로와 에너지저장코일사이에 있는 DC콘덴서와 이 콘덴서에 병렬로 연결되고 코일전류흐름을 제어하는 가역쵸퍼로 구성된다.
이 DC콘덴서와 가역쵸퍼회로의 매체를 통하여 전압원회로 및 초전도코일을 포함하는 전류원회로의 접속이 완성되며 이에의하여 AC측의 전류용량은 사용전력에 일치시킬 수가 있다.
본 발명에서 DC콘덴서는 코일전류의 흐름을 제어하는 가역쵸퍼회로의 작용에 의하여 초전도코일에 단속적으로 연결되며 이에따라서 에너지를 초전도코일로 공급 또는 초전도코일로부터 방출하도록 작동한다. 가역쵸퍼회로는 초전도코일의 전류회로가 개로되지 않고 초전도코일의 단자간의 전압이 평균적으로 소정의 일정치를 유지하며 따라서 에너지의 공급 및 방출량을 지령치에 따라도록 제어한다.
이하 본 발명의 실시예를 도면에 의하여 설명한다.
제1도에서, 제7도에 표시한 동일부분의 번호는 같다.
4는 가역쵸퍼회로(10)에 연결된 초전도에너지저장코일, 5는 상기 초전도에너니저장코일(4)의 재냉각시스템, 6은 절연변압기, 7은 AC/DC변환회로, 8은 DC/AC변환회로, 9는 AC/DC변환회로(7)에 연결된 DC콘덴서, 10은 DC콘덴서(9)에 병렬로 연결된 가역쵸퍼회로, 11은 에너지검출기, 14는 DC콘덴서(9)의 전압검출기, 15는 DC리액터, 16은 다이오우드, 17A,17b는 가역쵸퍼회로(10)의 스위치엘리먼트, 그리고 22a,22b는 AC/DC컨버터를 구성하는 사이리스터브리지회로이다.
다음은 모든 운전에 대하여 기술한다.
회로작용은 3개방식으로 수행된다.
제1방식(제2a도)은 에너지를 코일로 공급하며 제2방식(제2c도 및 제2d도)은 에너지를 코일내에 저장유지하며 제3방식(제2b도)는 코일에서 에너지를 방출하는 것이다.
상기 제1방식에 있어서, 가역쵸퍼회로(10)은 DC콘덴서(9)의 축적전압을 강하시키며 스위치엘리먼트(17a)(17b)의 개폐에 의하여 평균레벨이 되면 에너지는 제2a도의 화살표방향으로 초전도에너지저장코일(4)에 공급된다.
AC/DC변환회로(7)는 콘덴서의 단자전압의 평균치가 초전도저장코일의 전압보다 높고 교류전원에서 DC콘덴서(9)로로 전력을 공급하는 상태하에서 제어작용한다. 그러면은 DC/AC전환회로(8)은 휴식상태에 있게 된다.
그외 초전도에너지저장코일(4)이 가역쵸퍼(10)을 통하여 DC콘덴서(9)에 연결되면 분기전류가 DC콘덴서(9) 및 AC/DC변환회로(7)을 통하여 흐르게 되며 그러므로 3상 AC/DC변환회로(2)가 코일전류용량을 구비할 필요가 없게되고 다만 사용전력에 합당한 규격의 장비가 소요된다.
제2c도 및 제2d도에 표시한 제2방식에 있어서, 가역쵸퍼(10)은 스위치엘리먼트(17a)또는 (17b)의 교호동작에 의하여 교호로 회로의 폐쇄상태를 유지하면서 화살표로 표시한 전류순환을 설정하는 작동을 한다. 동시에 3상 AC/DC변환회로(2)는 다음 작용방식에 따라 DC콘덴서(9)의 전압을 유지하도록 작동한다.
이 경우 3상 AC/DC변환회로(2)는 코일전류에서 분리되고 따라서 변환회로를 통하여 흐르는 전류로 인한 손실을 제거할 수 있는 효율높은 상태를 설정할 수 있게 된다.
이 방식에서 코일전류는 교류회로를 통하여 흐르지 않으므로 교류회로측에서 볼때 에너지저장회로의 역율을 개선하는 부가적효과가 있다.
제3방식에 있어서 가역쵸퍼회로(10)은 초전도에너지저장코일(4)에 저장된 에너지를 DC콘덴서(9)로 방출하는 방식으로 가역쵸퍼회로 역활을 한다. 그리고 DC콘덴서(9)의 단자전압은 DC/AC변환회로(8)의 작용에 따른 전압치로 제어된다.
DC/AC변환회로(8)은 초전도에너지저장코일(4)에 저장된 전기에너지를 DC콘덴서(9)를 통하여 교류공급선에 방출하기 위하여 교류로 가역변환처리한다.
이 방식에서 AC/DC변환회로(7)은 휴식상태가 된다.
초전도에너지저장코일(4)가 가역쵸퍼회로(10)을 통하여 AC콘덴서(9)에 제2b도에 표시된 바와 같이 연결될때 분기전류는 DC콘덴서 및 DC/AC변환회로(2)를 통하여 흐르게되므로, 상기 제1방식과 같이 3상 AC/DC변환회로(2)는 코일전류용량으로할 필요가 없게하고 이는 사용전력에 맞는 규격의 장비사용을 가능하게 하는 것이다.
상기와같은 실시예의 회로는 만약 추가적으로 무효전력의 조정기능으로 사용할 시는 작용방식 혹은 운전상태에 따른 DC콘덴서(9)의 전압제어에 의하여 3상 AC/DC변환회로(2)의 작동중 교류입력역률을 조정할 수 있다.
제1도에 도시한 상술한 실시예에서 3상 AC/DC변환회로(7)로 사용되는 사이리스터회로(22a) 및 DC리액터(15a) 대신에 제3도에 도시한 승압쵸퍼회로를 사용할 수 있다.
승압쵸퍼회로(71)에서 DC리액터(15a)의 한단자는 AC/DC변환기, 즉 다이오우드브리지(22a)의 출력측 한단자에 접속되고 다른 단자는 외부신호에 의하여 제어되는 트랜지스터(72)의 콜렉터전극을 통하여 콘덴서(9)의 한단자와 다이오우드(73)에 각각 연결된다. 트랜지스터(72)의 이미터전극은 다이오우드브리지(22a)의 다른단자에 연결된다. 승압쵸퍼 회로의 구성은 본래 가지의 것이다.
또한 제4도에 도시된 3상 AC/DC변환회로(2)로서의 구성으로 알려진 전압형 인버터(31)의 사용은 순방향 및 역방향변환의 2중기능을 수행할 수 있다.
이 경우에 교류공급전압 및 인버터전압의 위상차를 기초로한 유효전력의 제어와 또한 절연변압기(6)의 인피이던스를 통한 무료전력의 제어가 가능하다.
제5도에서 교류가역쵸퍼(101)을 초전도에너지저장코일(4)에 연결된 것을 도시하였으며 이것은 외부신호에 의하여 제어되는 트랜지스터(102)로 구성되며 트랜지스터(102)의 컬렉터전극은 콘덴서(9)의 한단자에, 그리고 그외 이미터는 코일(4)의 한단자에 각각 연결되어 있다.
그리고 다이오우드(103)은 코일(4)의 단자간에 연결되어서 그의 음극은 트랜지스터(102)의 이미터와 연결되어 있다.
이 가역쵸퍼는 적은 부품으로 구성할 수 있으며 높은 효율로서 에너지저장을 허용할 수 있으며 또한 불필요한 에너지방출의 위험을 최소화하는 여러가지 잇점이 있는 것이다.
또다른 교류쵸퍼(102)는 제6도에 표시하였으며 이는 4개의 가역전도스위치엘리먼트(51a)(51b)(51c) 및 (51d)로 구성되고 각 엘리먼트는 브리지회로로 구성되어 있다.
이 구성은 제1도에 도시한 가역전도 엘리먼트용 가역쵸퍼(10)의 다이오우드 (16a)(16b)를 각각 대치한것에 해당되며 따라서 초전도에너지저장코일(4)의 입출력 어느방향으로도 가역전류흐름을 제어할 수 있게 하는 것이다.
또한 상술한 모든 실시예에 있어서 제7도에 도시한 종래의 기술같이 초전도에너지저장코일과 병렬로 단락스위치를 설치할 수도 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 또한 AC/DC변환회로 및 초전도에너지저장코일사이에 DC콘덴서 및 쵸퍼회로를 설치함으로써 교류측장비의 용량은 코일전류용량이 아닌 사용전력용량을 기초로하며 따라서 장비의 소형화 및 단순한 배선작업을 기할 수 있는 잇점이 있는 동시에 조작이 용이하고 비용이 절감되는 효과가 있다.
Claims (6)
- 교류전원에 연결되고 출력전류를 제어할 수 있는 AC/DC변환회로와, 상기 AC/DC변환회로의 DC출력 단자간에 연결된 DC콘덴서와, 상기 DC콘덴서와 병렬로 연결된 쵸퍼회로와 그리고 상기 쵸퍼회로의 출력측에 연결된 초전도에너지저장코일로 구성된 초전도코일에너지저장회로.
- 제1항에 있어서, 상기 AC/DC변환회로와 쵸퍼회로는 가역제어가 가능한것을 특징으로 하는 초전도코일에너지저장회로.
- 제1항에 있어서, 하나 혹은 양쪽의 상기 AC/DC변환회로와 쵸퍼회로는 상기 DC콘덴서에 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 초전도코일에너지저장회로.
- 제1항에 있어서, 상기 AC/DC변환회로는 전압형인버터회로로 구성되었으며 교류전력공급선으로부터의 에너지공급 및 교류전력공급선으로의 에너지방출은 상기 전압형인버터회로와 교류전력공급선간의 전압위상차를 기초로하여 제어하는 것을 특징으로 하는 초전도코일에너지저장회로.
- 제1항에 있어서, 상기 교류전력공급선이 단전될 때 상기 인버터회로는 상기 초전도코일에서 교류전력공급선으로 에너지를 방출하게끔 작동하는 것을 특징으로 하는 초전도코일에너지저장회로.
- 제1항에 있어서, 상기 DC콘덴서의 전압은 운전방식 혹은 운전상태에 따라 변동되게 함으로써, 교류전력공급선의 무효전력을 제어하는 것을 특징으로 하는 초전도코일에너지저장회로.
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