(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流性を有する複数の半導体素子と、コイルと、直流バイアス電源とを具え、前記複数の半導体素子、前記コイル、及び前記直流バイアス電源は、整流回路を構成するとともに、前記コイル及び前記直流バイアス電源は、前記整流回路中において並列に接続されていることを特徴とする、限流器。
【請求項２】
前記直流バイアス電源は、前記複数の半導体素子の少なくとも一つと直列に接続され、出力側からの逆電流が前記直流バイアス電源に流入するのを阻止するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の限流器。
【請求項３】
前記半導体素子は、ダイオード及びサイリスタの少なくとも一方から構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の限流器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一に記載の限流器と、この限流器と直列に接続されてなる交流電源とを具えることを特徴とする、電力システム。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一に記載の限流器と、この限流器と直列に接続されてなる交流電源とを具えることを特徴とする、三相電力システム。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか一に記載の限流器と、この限流器に対して直列に接続された交流電源と、前記限流器と前記交流電源との間に直列変圧器を具えることを特徴とする、三相電力システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、限流器及びこれを用いた電力システムに関し、詳しくは送配電系統などの交流電力系統において好適に用いることのできる限流器及びこれを用いた電力システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
送配電系統の交流電力系統においては、事故電流の抑制を目的として従来から整流器を用いた直流限流器で限流することが行われていた。
【０００３】
図１は、従来の直流限流器を含んだ電力システムの一例を示す回路図である。
図１に示す電力システムは、交流電源１と、限流器２と、電力負荷体３とが直列に接続されている。限流器２は、整流性を有する半導体素子としてのダイオード４−１〜４−４と、例えば超電導材料より構成されるコイル６とを具えている。ダイオード４−１及び４−２と、ダイオード４−３及び４−４はそれぞれ直列に接続されて直列回路部を構成するとともに、これらの直列回路部とコイル６とが並列に接続されることにより、整流回路を構成している。
【０００４】
図１に示すような電力システムにおいて、定常時においては、ほぼ一定の直流電流（リアクトル電流）が限流器２内を流れている。一方、短絡などの事故が発生すると巨大な事故電流が電力システム内を流れようとするが、この事故電流に起因した電力システム内の急激な電流増加は、コイル６によって抑制される。
すなわち、コイル６のインダクタンスをＬ、電流をｉ、時間をｔとすると、コイル６に加わる電圧値はＬ（ｄｉ／ｄｔ）で表されるので、コイル６のインダクタンスＬを十分大きくとれば、ｄｉ／ｄｔを小さくすることができ、結果として、電力システム内における急激な電流増加を抑制することができる。
【０００５】
事故発生後線路電流の２〜３サイクル以内の電流増加を上記のようにして抑制した後、図示しない遮断機によって電力システムを遮断することによって、電力システム全体の事故を効果的に防止することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図２は、図１に示す電力システムにおけるリアクトル電流の電流波形、及び交流電源１からの電源電流の電流波形を示すグラフである。
リアクトル電流は、限流器２内のダイオード４−１〜４−４を還流するが、ダイオード４−１〜４−４の抵抗のために減衰する。この結果、限流器２の両端にはリップル電流が重畳されることになり、交流電源１からの電源電流の電流波形も図２に示すように歪んだ正弦波状を呈するようになる。したがって、電力負荷体３に対して、目的とする電力を正確に負荷することができない場合が生じていた。
【０００７】
かかる観点より、限流器内に直流バイアス電源を加え、この直流バイアス電源と前記限流器内のコイルとを直列に接続して、前記直流バイアス電源より前記限流器に対して、電源電流の電流波形における波高値以上のバイアス直流電流を負荷することが試みられている。
【０００８】
図３は、限流器内に直流バイアス電源を設けた電力システムを示す回路図である。また、図４は、図３に示す電力システムにおけるリアクトル電流の電流波形、及び電源電流の電流波形を示すグラフである。図３に示す電力システムにおいては、コイル６と直列に接続された直流バイアス電源８を具えている点を除き、図１に示す電力システムと同一の構成を有している。
【０００９】
このような電力システムによれば、コイル６と直列に接続された直流バイアス電源より、交流電源１からの電源電流の波高値よりも大きいバイアス直流電流が限流器２に負荷され、その結果として、図４に示すような歪みのない正弦波状の電源電流を得ることができ、その結果として、電力負荷体３に対して目的とする電力を正確に負荷することができる。
【００１０】
しかしながら、図３に示すような電力システムにおいては、前記コイルに対して電源電流の波高値以上のバイアス直流電源を負荷しなければならない。さらに、事故時において巨大な事故電流が流入するため、前記直流バイアス電源の電流容量を極めて大きく設定する必要があった。
【００１１】
本発明は、巨大な事故電流による急激な電流増加を効果的に抑制することができるとともに、大きなバイアス電流を必要とすることなく、目的とする電力を電力負荷体に負荷することのできる限流器、及びこれを用いた電力システムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明の限流器は、整流性を有する複数の半導体素子と、コイルと、直流バイアス電源とを具え、前記複数の半導体素子、前記コイル、及び前記直流バイアス電源は、整流回路を構成するとともに、前記コイル及び前記直流バイアス電源は、前記整流回路中において並列に接続されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の限流器においては、上述した従来の限流器と異なり、直流バイアス電源とコイルとを並列に接続している。このため、前記直流バイアス電源から、交流電源からの電源電流の波高値と比較して十分に小さいバイアス直流電流を前記限流器に負荷するのみで、歪みのない正弦波状の電源電流を得ることができる。したがって、目的とする電力を電力負荷体に効率よく負荷することができるようになる。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様においては、前記直流バイアス電源を、前記複数の半導体素子の少なくとも一つと直列に接続し、出力側からの逆電流が前記直流バイアス電源に流入するのを阻止するように構成する。これによって、上記限流器を含む電力システムにおいて短絡などの事故が発生した場合においても、巨大な事故電流が前記直流バイアス電源の流入するのを防止することができる。
さらに、本発明は、上述した限流器と、交流電源とを含む電力システムに関する。以下、本発明の限流器及び電力システムについて詳述する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図５は、本発明の電力システムの一例を示す回路図であり、図６は、図５に示す電力システムにおける、リアクトル電流、バイアス直流電流、及び電源電流それぞれの電流波形を示すグラフである。なお、図５において、図１及び図３に示す電力システムと類似の構成要素に対しては同一の参照数字を用いて表している。
【００１６】
図５に示す電力システムにおいては、交流電源１と、本発明に従った限流器２と、所定の電力を負荷すべき電力負荷体３とが設けられている。限流器２は、整流性を有する半導体素子としてダイオード４−１〜４−５と、例えば超電導材料から構成されるコイル６と、バイアス直流電源８とを具えている。
ダイオード４−１及び４−２と、ダイオード４−４及び４−５とは、それぞれ直列に接続されて直列回路部を構成している。また、ダイオード４−３及び直流バイアス電源８とは直列に接続されて直列回路部を構成している。そして、これらの直列回路部が並列に接続されることにより整流回路を構成している。
【００１７】
図５に示す電力システムにおいて、例えば、短絡などの事故が発生した場合においては、上述したように、巨大な事故電流がコイル６によって減衰、抑制された後、図示しない所定の遮断機によって遮断され、電力システム全体が破壊されないように構成されている。
【００１８】
図５に示す電力システムにおいては、定常時、図６に示すようなリアクトル電流が限流器２内を還流している。そして、電力負荷体３に対して所定の電力を負荷しようとする場合は、直流バイアス電源８から限流器２に対して、交流電源１からの電源電流が歪みのない正弦波となるように、所定のバイアス直流電流を流す。
【００１９】
図５に示す電力システムの限流器２においては、コイル６と直流バイアス電源８とが並列に接続されているため、図６に示すように、目的とする電源電流と比較して極めて小さいバイアス直流電流を流すのみで、歪みのない正弦波の電流波形を有する電流電源を得ることができる。したがって、直流バイアス電源の電流容量を拡大することなく、電力負荷体３に対して目的とする電力を効率よく負荷することができる。
【００２０】
なお、図５に示す電力システムにおいては、直流バイアス電源８とダイオード４−３とが直列に接続され、短絡などの事故電流が直流バイアス電源８に流入するのを防止している。したがって、事故電流の逆流を考慮して、直流バイアス電源の電流容量を拡大する必要がなくなる。
また、コイル６は上述した超電導材料の他、常電導性の材料から構成することができる。
【００２１】
図７は、本発明の電力システムの他の例を示す回路図である。なお、図７においても、上述した電力システムと類似の構成要素については、同一の参照数字を用いて表している。
図７に示す電力システムは、交流電源１−１〜１−３と、限流器２−１〜２−３と、電力負荷体３−１〜３−３とを具えている。限流器２−１〜２−３は、上述した図５に示す限流器２と同一の構成を有している。
【００２２】
交流電源１−１〜１−３は、限流器２−１〜２−３のそれぞれと直列に接続されており、限流器２−１〜２−３は、電力負荷体３−１〜３−３のそれぞれと直列に接続されている。すなわち、電力負荷体３−１〜３−３には、限流器２−１〜２−３を介して交流電源１−１〜１−３が直列に接続され、三直流リアクトル型の三相電力システムを構成している。
このような三相電力システムを用いることにより、電力負荷体３−１〜３−３に対して、目的とする電力を効率よく負荷することができる。
【００２３】
なお、図５における電力システムの場合と同様に、コイル６は超電導材料及び常電導材料から構成することができる。また、ダイオードの代わりにサイリスタを用いることもできる。
【００２４】
図８は、本発明の電力システムにおけるその他の例を示す回路図である。なお、図８に示す電力システムにおいても、上述した電力システムと類似の構成要素については、同一の参照数字を用いて表している。
図８に示す電力システムにおいて、限流器２は、ダイオード４−１〜４−７と、コイル６と、直流バイアス電源８とを具えている。ダイオード４−１及び４−２と、ダイオード４−３及び４−４と、ダイオード４−４及び４−５とは、それぞれ直列に接続されて直列回路部を構成している。また、ダイオード４−７と直流バイアス電源８とは直列に接続されて直列回路部を構成している。そして、これら直列回路部と、コイル６とは並列に接続されて整流回路を構成している。
【００２５】
また、限流器２に対しては、直列変圧器９−１〜９−３が直列に接続されており、一直流リアクトル型の三相電力システムを構成している。したがって、目的とする電力を効率よく負荷することができる。
【００２６】
図８に示す電力システムにおいても、定常時には、ほぼ一定のリアクトル電流が限流器２内を流れている。そして、短絡などによって事故電流が発生した場合は、図５に示す電力システムにおいて説明したように、コイル６によって電力システム内の減衰、抑制された後、図示しない所定の遮断機によって遮断され、電力システム全体が破壊されないように構成されている。この際、直流バイアス電源８と直列接続されたダイオード４−７によって、逆流した事故電流が直流バイアス電源８に流入しないように構成されている。
【００２７】
そして、電力を負荷する際には、直流バイアス電源８より限流器２に対して所定の直流バイアス電流を印加するようにし、負荷されるべき電源電流の波形が歪みのない正弦波となるようにする。
なお、図５における電力システムの場合と同様に、コイル６は超電導材料及び常電導材料から構成することができる。また、ダイオードの代わりにサイリスタを用いることもできる。
【００２８】
図９は、図８に示す電力システムにおいて、正常時及び事故時における電源電流など各電流の波形を示したものである。図８から明らかなように、正常時において、電源電流及び各ダイオード中を流れる電流は正弦波状を呈するのに対し、事故時においては、歪んだ矩形状を呈する。しかしながら、本発明の限流器によって、事故電流に起因した電流の急激な増加が抑制されていることが分かる。
一方、直流バイアス電源からのバイアス直流電流は、正常時においては、一定の大きさで周期的に変化するが、事故時においては、零になる。また、リアクトル電流は、事故後において徐々に増加するようになる。
【００２９】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、巨大な事故電流による急激な電流増加を効果的に抑制することができるとともに、大きなバイアス電流を必要とすることなく、目的とする電力を電力負荷体に負荷することのできる限流器、及びこれを用いた電力システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の直流限流器を含んだ電力システムの一例を示す回路図である。
【図２】図１に示す電力システムにおけるリアクトル電流の電流波形、及び交流電源からの電源電流の電流波形を示すグラフである。
【図３】従来の直流限流器を含んだ電力システムの他の例を示す回路図である。
【図４】図３に示す電力システムにおけるリアクトル電流の電流波形、及び交流電源からの電源電流の電流波形を示すグラフである。
【図５】本発明の電力システムの一例を示す回路図である。
【図６】図５に示す電力システムにおける、リアクトル電流、バイアス直流電流、及び電源電流それぞれの電流波形を示すグラフである。
【図７】本発明の電力システムの他の例を示す回路図である。
【図８】本発明の電力システムにおけるその他の例を示す回路図である。
【図９】図８に示す電力システムにおいて、正常時及び事故時における電源電流など各電流の波形を示すグラフである。
【符号の説明】
１、１−１〜１−３  交流電源
２、２−１〜２−３  限流器
３、３−１〜３−３  電力負荷体
４−１〜４−７  ダイオード
６  コイル
８  直流バイアス電源
９−１〜９−３  直流変圧器
【図１】
0003551316.tif 000002
【図２】
0003551316.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0003551316.tif 000006
【図６】
0003551316.tif 000007
【図７】
0003551316.tif 000008
【図８】
0003551316.tif 000009
【図９】
0003551316.tif 000010