JPH06325933A - 系統安定化用超電導エネルギー貯蔵装置およびその運転方法 - Google Patents

系統安定化用超電導エネルギー貯蔵装置およびその運転方法

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JPH06325933A
JPH06325933A JP5114851A JP11485193A JPH06325933A JP H06325933 A JPH06325933 A JP H06325933A JP 5114851 A JP5114851 A JP 5114851A JP 11485193 A JP11485193 A JP 11485193A JP H06325933 A JPH06325933 A JP H06325933A
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JP
Japan
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superconducting
superconducting coil
switch
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JP5114851A
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English (en)
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Yukio Ishigaki
幸雄 石垣
Masaichi Endo
政市 遠藤
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/003—Methods and means for discharging superconductive storage

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電力系統の健全時のエネルギー貯蔵状態を損
失なく良好に維持し、しかも系統安定化運転の要求があ
つたときには、瞬時に応答可能とすること。 【構成】 第1の超電導コイル1と超電導式永久電流ス
イツチ2との並列回路を、開閉器3を介して、電力系統
8に接続された交直変換装置4に接続するとともに、第
1の超電導コイル1と電磁気的に結合された第2の超電
導コイル5を、直流遮断器6および保護抵抗器7を介し
て、交直変換装置4に接続し、系統安定化運転の要求が
あつたときには、超電導式永久電流スイツチ2を開路す
ることなく直ちに交直変換装置4をデブロツクし、第2
の超電導コイル5を介して第1の超電導コイル1の貯蔵
エネルギーを電力系統8との間で充放電し、第1および
第2の超電導コイル1,5でクエンチが発生したときに
は、検出器9a,9bでこれを検出し直流遮断器6を開
路して保護する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は系統安定化用超電導エネ
ルギー貯蔵装置およびその運転方法に係り、特に電力系
統より系統安定化運転の要求があつた場合、瞬時に応答
が可能な系統安定化用超電導エネルギー貯蔵装置および
その運転方法に関する。
【0002】
【従来の技術】系統安定化用超電導エネルギー貯蔵装置
は、1990年度電気関係学会東海支部連合大会、S2
−5(超電導電力貯蔵)に記載されているように、電力
系統が健全な期間中はあるレベル以上のエネルギーを常
に貯蔵しておく必要がある。そして、この際、超電導コ
イルを永久電流スイツチにより短絡して閉回路を構成
し、かつ交直変換装置を回路的に切り離しておくのが一
般的である。上記永久電流スイツチとしては、超電導線
に臨界磁界を加えてこれを常電導状態、つまり開路状態
にする超電導磁界式、超電導線に臨界温度を加えて同様
に開路状態とする超電導熱式、超電導線に臨界電流を加
えて同様に開路状態にする超電導電流式などの、超電導
線を無誘導巻きして構成される超電導式と総称されるも
の、更には機械式などの他、サイリスタスイツチなどを
用いた模擬永久電流スイツチなども使用されている。し
かしながら、電力系統の健全時には、系統安定化用超電
導エネルギー貯蔵装置はエネルギー貯蔵状態に維持して
おく必要があるため、エネルギー損失の発生が殆どない
超電導式永久電流スイツチを使用するのが最適である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、電力系統の
事故などにより、電力系統より系統安定化用超電導エネ
ルギー貯蔵装置に対して系統安定化運転の要求が出され
た場合、交直変換装置は直ちにデブロツクされ、要求運
転を開始する必要があるが、このとき永久電流スイツチ
は閉路状態となつているため、交直変換装置をデブロツ
クすると直ちに直流短路となつてしまう。したがつて、
交直変換装置をデブロツクする前に先ず永久電流スイツ
チを開路する必要があるが、永久電流スイツチとして超
電導式を使用した場合、その開路操作に数百m秒から数
秒を要するため、要求運転に瞬時に応答することは極め
て困難であつた。
【0004】したがつて、本発明の目的は、超電導式永
久電流スイツチを用いて、電力系統健全時のエネルギー
貯蔵状態を損失なく良好に維持し、しかも電力系統より
系統安定化運転の要求があつたときには、瞬時に応答が
可能な系統安定化用超電導エネルギー貯蔵装置およびそ
の運転方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明は、永久電流スイツチとして超電導式を用
いるとともに、エネルギーを貯蔵する第1の超電導コイ
ルの他に、これと電磁気的に結合された第2の超電導コ
イルを設け、この第2の超電導コイルを第2の開閉器を
介して交直変換装置に接続し、かつ超電導式永久電流ス
イツチおよび各開閉器の開閉操作や交直変換装置の動作
を制御する制御装置を設けたことを特徴とし、また、本
発明は、第1の超電導コイルにエネルギーを充電すると
きには、超電導式永久電流スイツチおよび第2の開閉器
を開路し第1の開閉器を閉路した状態で、交直変換装置
を順変換運転して第1の超電導コイルを励磁し、その
後、超電導式永久電流スイツチを閉路しこれに励磁電流
を転流させた後、交直変換装置をゲートブロツクし第1
の開閉器を開路して第1の超電導コイルと超電導式永久
電流スイツチよりなる閉回路に永久電流が流れるエネル
ギー貯蔵状態にするとともに第2の開閉器を閉路し、電
力系統より系統安定化運転の要求があつたときには、超
電導式永久電流スイツチを閉路したまま交直変換装置を
デブロツクし、第2の超電導コイルを介して第1の超電
導コイルの貯蔵エネルギーを電力系統との間で充放電す
るように運転することを特徴とする。
【0006】
【作用】本発明によれば、エネルギー貯蔵状態では、第
1の超電導コイルは超電導式永久電流スイツチによつて
閉回路を構成するので、貯蔵エネルギーを損失なく維持
することができ、しかも系統安定化運転の要求があつた
ときには、超電導式永久電流スイツチを開路することな
く閉路したまま交直変換装置を直ちにデブロツクし、第
2の超電導コイルを介して第1の超電導コイルの貯蔵エ
ネルギーを電力系統との間で充放電することができるの
で、要求運転に瞬時に応答することが可能である。
【0007】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。
【0008】図1は本発明の一実施例を示す系統安定化
用超電導エネルギー貯蔵装置の電気回路図である。この
図において、1はエネルギー貯蔵用の第1の超電導コイ
ル、2は超電導式の永久電流スイツチで、これらは互い
に並列に接続された上、第1の開閉器3を介して、電力
系統8に接続された交直変換装置4に接続されている。
また、第1の超電導コイル1と電磁気的に結合された第
2の超電導コイル5が設けられ、これは第2の開閉器で
ある直流遮断器6と保護抵抗器7の並列回路を介して交
直変換装置4に接続されている。さらに、第1および第
2の超電導コイル1,5にはそれぞれクエンチ検出器9
a,9bが設けられるとともに、装置全体の制御、保護
を行う制御装置10も設けられている。なお、第1およ
び第2の超電導コイル1,5、永久電流スイツチ2およ
びクエンチ検出器9a,9bは一点鎖線で示す極低温槽
11内に収納される。
【0009】このように構成された系統安定化用超電導
エネルギー貯蔵装置において、先ず第1の超電導コイル
1に最初にエネルギーを充電する際には、予め永久電流
スイツチ2と直流遮断器6を開路し、第1の開閉器3を
閉路した上で、交直変換装置4を順変換運転し、第1の
超電導コイル1を設定値まで励磁する。第1の超電導コ
イルの励磁電流が設定値に達した時点で永久電流スイツ
チ2を閉路してその励磁電流を永久電流スイツチ2に転
流させ、交直変換装置4をゲートブロツクする。その
後、無電流状態にて開閉器3を開路する。これらの操作
はすべて制御装置10によつて制御される。その結果、
第1の超電導コイル1と永久電流スイツチ2よりなる閉
回路には永久電流が流れ続け、いわゆるエネルギー貯蔵
状態となる。なお、直流遮断器6はこのエネルギー貯蔵
状態の間に閉路しておく。
【0010】いま、電力系統8の事故などにより、系統
安定化用超電導エネルギー貯蔵装置に対して系統安定化
運転要求が出されたとすると、交直変換装置4はデブロ
ツクされ、系統安定化運転を開始するが、この際、交直
変換装置4は直流遮断器6を介して第2の超電導コイル
5に接続されているため、次式の回路方程式が成立す
る。
【0011】
【数1】
【0012】
【数2】
【0013】ここに、L1:第1の超電導コイル1の自
己インダクタンス、L2:第2の超電導コイル5の自己
インダクタンス、M:L1〜L2間の相互インダクタン
ス、I1:第1の超電導コイル1の電流、I2:第2の超
電導コイル5の電流、V:該交直変換装置4の出力電
圧、t:時間である。
【0014】これらの式よりI2を消去すると、
【0015】
【数3】
【0016】となり、L1〜L2間の相互インダクタンス
Mを負にとることにより、交直変換装置4の出力電圧V
が正の時dI1/dtは正(即ち、第1の超電導コイル
1を励磁する方向)、同様に交直変換装置4の出力電圧
Vが負の時dI1/dtは負(即ち、第1の超電導コイ
ル1を減磁する方向)となるのがわかる。
【0017】したがつて、電力系統8の事故等により、
超電導エネルギー貯蔵装置に対して運転要求が出された
場合、交直変換装置4を直ちにデブロツクしても、交直
変換装置4は直流短絡を発生せず、瞬時に第1の超電導
コイル1の貯蔵エネルギーを第2の超電導コイル5を介
して、電力系統8との間で充放電させることが可能とな
る。
【0018】次に、電力系統安定化の運転中に第1の超
電導コイル1や第2の超電導コイル5にクエンチが発生
した場合の保護について説明する。この場合は、クエン
チ検出器9a,9bによりクエンチを検出して直流遮断
器6を開路するので、回路方程式は下記のようになる。
但し、Rは保護抵抗器7の抵抗値、I20は第2の超電導
コイル5の電流の初期値である。
【0019】
【数4】
【0020】
【数5】
【0021】これらの式を解くと、
【0022】
【数6】
【0023】
【数7】
【0024】となり、同様に、L1〜L2間の相互インダ
クタンスMを負にとることにより、dI1/dt,dI2
/dtは負で、共に減少方向へ向かうことがわかる。し
たがつて、第1および第2の超電導コイルを保護するこ
とができる。
【0025】また、図2は本発明の他の実施例を示す系
統安定化用超電導エネルギー貯蔵装置の電気回路図であ
る。図1の実施例では、第1の超電導コイル1と第2の
超電導コイル5との接続点が低圧側であるのに対して、
図2の実施例では高圧側に変更されている。したがつ
て、第2の超電導コイル5は系統安定化運転時には、永
久電流スイツチ2と直流遮断器6を介して交直変換装置
4に接続される。
【0026】その他の構成は図1の実施例と同様であ
り、その運転、制御、保護動作も図1の実施例と同様で
あるので、詳細説明は省略する。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
永久電流スイツチとして超電導式を用い、エネルギー貯
蔵状態では、エネルギー貯蔵用の第1の超電導コイルは
この超電導式永久電流スイツチによつて閉回路を構成す
るようにしたので、貯蔵エネルギーを損失なく維持する
ことができ、また、第1の超電導コイルとは別に、これ
と電磁気的に結合された第2の超電導コイルを設け、こ
れを交直変換装置に接続したので、系統安定化運転の要
求があつたときには、超電導式永久電流スイツチを開路
することなく閉路したまま交直変換装置を直ちにデブロ
ツクし、第2の超電導コイルを介して第1の超電導コイ
ルの貯蔵エネルギーを電力系統との間で充放電し、要求
運転に瞬時に応答することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す系統安定化用超電導エ
ネルギー貯蔵装置の電気回路図である。
【図2】本発明の他の実施例を示す系統安定化用超電導
エネルギー貯蔵装置の電気回路図である。
【符号の説明】
1 第1の超電導コイル 2 超電導式永久電流スイツチ 3 第1の開閉器 4 交直変換装置 5 第2の超電導コイル 6 直流遮断器(第2の開閉器) 7 保護抵抗器 8 電力系統 9a,9b クエンチ検出器 10 制御装置

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の超電導コイルと超電導式永久電流
    スイツチとの並列回路を、第1の開閉器を介して、電力
    系統に接続された交直変換装置に接続した系統安定化用
    超電導エネルギー貯蔵装置において、上記第1の超電導
    コイルと電磁気的に結合された第2の超電導コイルを設
    け、この第2の超電導コイルを第2の開閉器を介して上
    記交直変換装置に接続し、かつ上記超電導式永久電流ス
    イツチおよび第1,第2の開閉器の開閉操作と上記交直
    変換装置の動作を制御する制御装置を設けたことを特徴
    とする系統安定化用超電導エネルギー貯蔵装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のものにおいて、上記第1
    および第2の超電導コイルのクエンチを検出する検出器
    を設けるとともに、上記第2の開閉器を直流遮断器と
    し、上記第2の超電導コイルの一端を上記第1の超電導
    コイルに接続し、その他端を上記直流遮断器と保護抵抗
    器の並列回路を介して上記交直変換装置に接続し、電力
    系統安定化運転中に上記検出器が上記第1および第2の
    超電導コイルの少なくともいずれか一方のクエンチを検
    出したとき、上記直流遮断器を開路するように構成した
    ことを特徴とする系統安定化用超電導エネルギー貯蔵装
    置。
  3. 【請求項3】 第1の超電導コイルと超電導式永久電流
    スイツチとの並列回路を、第1の開閉器を介して、電力
    系統に接続された交直変換装置に接続した系統安定化用
    超電導エネルギー貯蔵装置の運転方法において、上記第
    1の超電導コイルと電磁気的に結合された第2の超電導
    コイルを第2の開閉器を介して上記交直変換装置に接続
    し、上記第1の超電導コイルにエネルギーを充電すると
    きには、上記超電導式永久電流スイツチおよび上記第2
    の開閉器を開路し、上記第1の開閉器を閉路した状態
    で、上記交直変換装置を順変換運転して上記第1の超電
    導コイルを励磁し、その後、上記超電導式永久電流スイ
    ツチを閉路し、これに励磁電流を転流させた後、上記交
    直変換装置をゲートブロツクし上記第1の開閉器を開路
    して上記第1の超電導コイルと上記超電導式永久電流ス
    イツチよりなる閉回路に永久電流が流れるエネルギー貯
    蔵状態にするとともに第2の開閉器を閉路し、電力系統
    より系統安定化運転の要求があつたときには、上記超電
    導式永久電流スイツチを閉路したまま上記交直変換装置
    をデブロツクし、上記第2の超電導コイルを介して上記
    第1の超電導コイルの貯蔵エネルギーを電力系統との間
    で充放電することを特徴とする系統安定化用超電導エネ
    ルギー貯蔵装置の運転方法。
JP5114851A 1993-05-17 1993-05-17 系統安定化用超電導エネルギー貯蔵装置およびその運転方法 Pending JPH06325933A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997013260A1 (de) * 1995-09-29 1997-04-10 Siemens Aktiengesellschaft Supraleitendes torusförmiges magnetsystem
JP2006332513A (ja) * 2005-05-30 2006-12-07 Toshiba Corp 超電導コイル装置
JP2010283029A (ja) * 2009-06-02 2010-12-16 Toshiba Corp 超電導マグネット装置
EP2615615A3 (en) * 2012-01-16 2014-07-30 Rolls-Royce plc Cryogenic power control

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