(57)【要約】【課題】  各超電導電力貯蔵装置当たりの大きさ、重量、コストを抑え、高調波抑制機能と負荷変動補償制御機能を有する負荷変動補償装置を得る。【解決手段】  系統連系変圧器２５と、変換器用変圧器２と交直変換器３と超電導コイル４とから構成された複数台の超電導電力貯蔵装置２７と、高調波ＡＣフィルタ１３と、系統電圧検出信号２０と系統電流検出信号２１と交流ＡＣフィルタ電圧検出信号２２と負荷電流検出信号２３と直流電流検出信号２４を入力し、系統の有効・無効電力が一定になるように制御を行う制御回路７と、系統電圧検出回路１５と、系統電流検出回路１６と、高調波ＡＣフィルタ電圧検出回路１７と、負荷電流検出回路１８と、直流電流検出回路１９から負荷変動補償装置２８を構成し、これを接続点１４で交流系統１に接続して負荷変動補償制御を行う。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流系統に対して負荷と共に並列に接続される系統連系変圧器と、
変換器用変圧器、交直変換器、及び超電導コイルによって構成される超電導電力貯蔵装置を複数台組み合せて構成され、前記系統連系変圧器の出力に対して接続された超電導エネルギー貯蔵装置と、
前記系統連系変圧器の出力に対して前記超電導エネルギー貯蔵装置と並列に接続された、高調波電流を吸収する高調波ＡＣフィルタと、
系統電圧を検出する系統電圧検出回路と、
系統電流を検出する系統電流検出回路と、
前記高調波ＡＣフィルタの電圧を検出する高調波ＡＣフィルタ電圧検出回路と、
負荷電流を検出する負荷電流検出回路と、
前記各超電導コイルの直流電流を検出する直流電流検出回路と、
電力系統の有効・無効電力を一定に制御する制御回路とを備えた負荷変動補償装置。
【請求項２】
前記交直変換器は、第１の逆導通形自己消弧半導体素子のエミッタと第１のダイオードのアノードとを接続して第１の逆阻止形スイッチとし、前記第１の逆導通形自己消弧半導体素子のコレクタと第２のダイオードのカソードとを第１の共通接続点にて接続し、第２の逆導通形自己消弧半導体素子のエミッタと第３のダイオードのアノードとを接続して第２の逆阻止形スイッチとし、前記第３のダイオードのカソードと第４のダイオードのアノードとを第２の共通接続点にて接続し、前記第１の共通接続点と前記第２の共通接続点との間にコンデンサを接続し、前記第１のダイオードのカソードと前記第４のダイオードのカソードとを第３の共通接続点にて接続し、前記第２のダイオードのアノードと前記第２の逆導通形自己消弧半導体素子のコレクタとを第４の共通接続点にて接続し、前記第３の共通接続点と前記第４の共通接続点とを端子とするスイッチユニットの１又は複数ユニットにて各アームを構成したことを特徴とする請求項１に記載の負荷変動補償装置。
【請求項３】
前記制御回路は、系統の有効・無効電力制御部と、高調波ＡＣフィルタを構成するコンデンサ電圧制御部と、ＰＷＭ制御部とから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の負荷変動補償装置。
【請求項４】
前記制御回路は、系統の有効・無効電力制御部と、各超電導電力貯蔵装置の超電導コイルの直流電流制御回路と、ＰＷＭ制御部とから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の負荷変動補償装置。
【請求項５】
前記超電導電力貯蔵装置は、前記変換器用変圧器と電力変換器との間に変換器用高調波ＡＣフィルタを接続したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の負荷変動補償装置。
【請求項６】
前記超電導電力貯蔵装置は、前記変換器用変圧器を有さず、前記各交直変換器を系統連系変圧器の出力に直接接続したものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の負荷変動補償装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷変動補償装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、交流電力系統の安定化制御や電鉄や鉄鋼などの負荷変動補償制御に適用される超電導エネルギー貯蔵装置は、直流電流によりエネルギーを蓄える超電導コイルと、交直電力変換器と、高調波ＡＣフィルタと、変圧器と、制御回路で構成されたものである。
【０００３】
図８は、特開平４−１５０７４４号公報（特許文献１）の超電導エネルギー貯蔵装置の構成図である。超電導エネルギー貯蔵装置１００は、交流系統１、変換器用変圧器２、交直変換器（交直電力変換器）３、超電導コイル４、系統変動入力装置５、ＰＱ指令変換回路６、制御回路７、位相制御回路８、パルス幅制御回路９、分配回路１０、ＰＱ実測補正回路１２、高調波ＡＣフィルタ１３から構成される。１１は点弧選択信号である。図８から判るように、高調波ＡＣフィルタ１３は、変換器用変圧器２と交直変換器３との間に設置され、超電導エネルギー貯蔵装置１００を構成している。
【０００４】
この超電導エネルギー貯蔵装置１００は、接続点１４で交流系統１に接続され、所定の制御のもとで相互に有効電力と無効電力の授受を行い、安定化制御を行う。
【０００５】
しかし、このような超電導エネルギー貯蔵装置１００においては、高調波ＡＣフィルタ１３が、変換器用変圧器２と交直変換器３との間に設置される装置であるため、複数台の超電導エネルギー貯蔵装置１００を接続する場合は、各装置を収納する筐体ごとに高調波ＡＣフィルタ１３を設置することが必要であり、装置当たりの大きさ、重量、コストが装置の数量に比例して増加する課題があった。
【特許文献１】特開平４−１５０７４４号公報
【特許文献２】特開平５−１１５１７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述の従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、各超電導エネルギー貯蔵装置当たりの大きさ、重量、コストを低減し、高調波抑制機能と負荷変動補償制御機能を有する負荷変動補償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】
【０００７】
本発明の負荷変動補償装置は、交流系統に対して負荷と共に並列に接続される系統連系変圧器と、変換器用変圧器、交直変換器、及び超電導コイルによって構成される超電導電力貯蔵装置を複数台組み合せて構成され、前記系統連系変圧器の出力に対して接続された超電導エネルギー貯蔵装置と、前記系統連系変圧器の出力に対して前記超電導エネルギー貯蔵装置と並列に接続された、高調波電流を吸収する高調波ＡＣフィルタと、系統電圧を検出する系統電圧検出回路と、系統電流を検出する系統電流検出回路と、前記高調波ＡＣフィルタの電圧を検出する高調波ＡＣフィルタ電圧検出回路と、負荷電流を検出する負荷電流検出回路と、前記各超電導コイルの直流電流を検出する直流電流検出回路と、電力系統の有効・無効電力を一定に制御する制御回路とを備えたものである。
【０００８】
前記負荷変動補償装置において、前記交直変換器は、第１の逆導通形自己消弧半導体素子のエミッタと第１のダイオードのアノードとを接続して第１の逆阻止形スイッチとし、前記第１の逆導通形自己消弧半導体素子のコレクタと第２のダイオードのカソードとを第１の共通接続点にて接続し、第２の逆導通形自己消弧半導体素子のエミッタと第３のダイオードのアノードとを接続して第２の逆阻止形スイッチとし、前記第３のダイオードのカソードと第４のダイオードのアノードとを第２の共通接続点にて接続し、前記第１の共通接続点と前記第２の共通接続点との間にコンデンサを接続し、前記第１のダイオードのカソードと前記第４のダイオードのカソードとを第３の共通接続点にて接続し、前記第２のダイオードのアノードと前記第２の逆導通形自己消弧半導体素子のコレクタとを第４の共通接続点にて接続し、前記第３の共通接続点と前記第４の共通接続点とを端子とするスイッチユニットの１又は複数ユニットにて各アームを構成したものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、各超電導電力貯蔵装置当たりの大きさ、重量、コストを低減することができ、複数の超電導エネルギー貯蔵装置に対して、一括して高調波ＡＣフィルタを設置することにより、高調波を抑制する機能も合わせて提供することができる。また、回路構成が簡単で、しかも効率の良い交直変換器を提供でき、変換器用変圧器の損失を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。
【００１１】
（第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施の形態の負荷変動補償装置２８の構成図である。負荷変動補償装置２８は、系統連系変圧器２５と、複数台の超電導電力貯蔵装置２７と、高調波ＡＣフィルタ１３と、制御回路７と、系統電圧検出回路１５と、系統電流検出回路１６と、高調波ＡＣフィルタ電圧検出回路１７と、負荷電流検出回路１８と、直流電流検出回路１９から構成されている。１台の超電導電力貯蔵装置２７は、変換器用変圧器２と、交直変換器３と、超電導コイル４とから構成されている。負荷変動補償装置２８は、接続点１４で交流系統１に接続され、負荷変動補償制御を行う。
【００１２】
このように構成された本実施の形態の制御回路７は、系統電圧検出回路１５からの系統電圧検出信号２０と、系統電流検出回路１６からの系統電流検出信号２１と、高調波ＡＣフィルタ電圧検出回路１７からの交流ＡＣフィルタ電圧検出信号２２と、負荷電流検出回路１８からの負荷電流検出信号２３と、直流電流検出回路１９からの直流電流検出信号２４を入力し、系統の有効・無効電力が一定になるように制御を行う。
【００１３】
本実施の形態によれば、各超電導電力貯蔵装置２７を構成する変換器用変圧器２と交直変換器３との間には交流ＡＣフィルタ１３が無いので、各超電導電力貯蔵装置２７当たりの大きさ、重量、コストを低減することができる。また、複数の超電導エネルギー貯蔵装置２７に対して、一括して高調波ＡＣフィルタ１３を設置することにより、高調波を抑制する機能も合わせて提供することができる。
【００１４】
（第２の実施の形態）次に本発明の第２の実施の形態の負荷変動補償装置について詳説する。図２は、本発明の第２の実施の形態の負荷変動補償装置２８の交直変換器３の構成図である。なお第１の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。この交直変換器３は、以下に述べるスイッチユニット２９を最小構成として、これを複数個用いてブリッジ接続して構成されている。
【００１５】
図３は、スイッチユニット２９の構成の拡大図である。スイッチユニット２９は、第１の自己消弧形半導体素子３０（例えばＩＥＧＴ：注入促進型ゲートトランジスタ、Injection Enhanced Gate Transistor）のエミッタと第１のダイオード３１のアノードを接続して第１の逆阻止形スイッチ５１とし、第１の逆阻止形アームを構成する第１の逆導通形自己消弧半導体素子３０のコレクタと第２のダイオード３２のカソードを接続して第１の共通接続点５３とし、第２の逆導通形自己消弧半導体素子３３のエミッタと第３のダイオード３４のアノードを接続して第２の逆阻止形スイッチ５２とし、第２の逆阻止形スイッチ５２を構成するダイオード３４のカソードと第４のダイオード３５のアノードを接続して第２の共通接続点５４とし、第１の共通接続点５３と第２の共通接続点５４との間にコンデンサ３６を接続し、第１の逆阻止形スイッチ５１を構成する第１のダイオード３１のカソードと第４のダイオード３５のカソードとを接続し第３の共通接続点５５とし、ダイオード３２のアノードと前記第２の逆阻止形スイッチ５２を構成する自己消弧半導体素子３３のコレクタとを接続して第４の共通接続点５６とし、第３の共通接続点５５と、第４の共通接続点５６を端子として有するものである。他のスイッチユニットも同様の構成である。
【００１６】
本実施の形態に係わる交直変換器３の構成は、特開平５−１１５１７８（特許文献２）の図１に示されているスイッチユニットに対して、自己消弧形半導体のアノードとカソードをそれぞれ逆導通形自己消弧半導体素子のコレクタとエミッタに置き換えた構成である。
【００１７】
本実施の形態によれば、転流の過程において、交流側の相電流を零にするとき、コンデンサ３６に充電された電荷は、次に同一相に電流を流すときに交流側に放電されるので、損失にならず、交直変換器３の効率が良くなる。
【００１８】
また自己消弧形半導体素子３０，３３をオフするとき、通電中のダイオード３２，３５により、コンデンサ３６が自己消弧形素子３０，３３に並列接続されるので、自己消弧形素子３０，３３にかかる電圧変動ｄＶ／ｄｔを充分抑制できる。従って、自己消弧形素子３０，３３に対して特別なスナバ回路を設ける必要がなく、主回路構成が簡単になる。
【００１９】
なお、以上の説明では、一例として、本発明の交直変換装置をＩＥＧＴを用いて構成した場合について説明したが、交直変換器３を構成するスイッチング素子は、ＩＥＧＴに限定されることはなく、他の種類の自己消弧形素子を用いることもできる。また本発明では、ダイオードと逆導通型自己消弧形素子を直列接続して逆阻止スイッチを構成したが、逆阻止型自己消弧形素子を用いることもできる。更に逆阻止スイッチは、複数の逆導通型自己消弧形素子とダイオード、または逆阻止型自己消弧形素子の直列接続により構成してもよい。いずれにしても、本実施の形態によれば、回路構成が簡単で、しかも効率のよい交直変換器３を提供できる。
【００２０】
（第３の実施の形態）次に、本発明の第３の実施の形態の負荷変動補償装置について詳説する。図４は、本発明の第３の実施の形態の負荷変動補償装置の構成図である。なお第１の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施の形態の負荷変動補償装置は、第１の実施の形態における負荷変動補償装置２８において、系統の有効・無効電力制御部３７と、高調波ＡＣフィルタを構成するコンデンサ電圧制御部３８と、ＰＷＭ制御部３９とから構成される制御回路７を使用している。
【００２１】
このように構成された本実施の形態において、有効・無効電力制御部３７は、系統電圧検出信号２０と系統電流検出信号２１とを入力し、交流系統の有効・無効電力が一定になるように制御する。
【００２２】
コンデンサ電圧制御部３８は、コンデンサ電圧指令信号４０と、高調波ＡＣフィルタ電圧検出信号２２と、負荷電流検出信号２３と、直流電流検出信号２４とを入力し、高調波ＡＣフィルタを構成するコンデンサ１３の電圧を制御する。
【００２３】
ＰＷＭ制御部３９は、出力電流指令信号４１を入力し、ＰＷＭ制御により各交直変換器を構成する自己消弧形素子のゲート端子に対してゲート信号２６を出力する。
【００２４】
本実施の形態によれば、負荷４５が変動した場合において、系統の有効・無効電力が一定に制御するので、交流系統のピーク負荷に対応した設備容量の低減が可能となり、電力システムの低コスト化を実現することができる。
【００２５】
（第４の実施の形態）次に、本発明の第４の実施の形態の負荷変動補償装置について詳説する。図５は、本発明の第４の実施の形態の負荷変動補償装置の構成図である。なお第１の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施の形態の負荷変動補償装置は、本発明の第１の実施の形態における負荷変動補償装置において、系統の有効・無効電力制御部３７と、各超電導電力貯蔵装置２７の超電導コイル４の直流電流制御回路４２と、ＰＷＭ制御部３９とから構成される制御回路７を使用している。
【００２６】
有効・無効電力制御部３７は、系統電圧検出信号２０と系統電流検出信号２１とを入力し、交流系統の有効・無効電力が一定になるように制御する。直流電流制御部４２は、直流電流指令信号４３と各超電導コイル４の直流電流検出信号２４を入力し、各超電導コイル４の直流電流が平衡するように制御する。ＰＷＭ制御部３９は、出力電流指令信号４１を入力し、ＰＷＭ制御により各交直変換器３を構成する自己消弧形素子のゲート端子に対してゲート信号２６を出力する。
【００２７】
本実施の形態によれば、各超電導コイル４の直流電流を平衡化することができるので超電導コイルの容量を必要最小限の容量で製作することが可能となり、低コストな負荷変動補償装置を実現することができる。
【００２８】
（第５の実施の形態）次に、本発明の第５の実施の形態の負荷変動補償装置について詳説する。図６は、本発明の第５の実施の形態の負荷変動補償装置の構成図である。なお第１の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２９】
本実施の形態では、第１の実施の形態の負荷変動補償装置２８に対して、変換器用変圧器２と交直変換器３との間に変換器用高調波ＡＣフィルタ４４を設置したことを特徴としている。この変換器用高調波ＡＣフィルタ４４は、交直変換器３が出力する高調波電流を吸収することにより、高調波を抑制する。
【００３０】
本実施の形態によれば、変換器用変圧器２には変換器用高調波ＡＣフィルタ４４から高調波の少ない交流電流が供給されるので、変換器用変圧器２の損失を低減することができる。
【００３１】
（第６の実施の形態）次に、本発明の第６の実施の形態の負荷変動補償装置について詳説する。尚、本実施の形態での負荷変動補償装置２８において、図２、図３に示した第２の実施の形態で適用した交直変換器３を使用することができる。これにより、交直変換器３は、第２の実施の形態の交直変換器３と同一の動作を行うとともに、高調波ＡＣフィルタ４４は、各交直変換器３が出力する高調波電流を吸収することができる。このため、回路構成が簡単で、効率が良く、容量の小さい変換器用変圧器を有する低コストな負荷変動補償装置が提供できる。
【００３２】
また、本実施の形態では、第５の実施の形態の負荷変動補償装置２８において、図４に示した第３の実施の形態で採用した制御回路７を採用することができる。これにより、制御回路７は、第３の実施の形態の制御回路７と同一の制御を実行すると共に、高調波ＡＣフィルタ４４は、各交直変換器３が出力する高調波電流を吸収することができる。したがって、第３の実施の形態３の効果を実現するとともに、容量の小さい変換器用変圧器を有する低コストな負荷変動補償装置を提供できる。
【００３３】
さらに本実施の形態では、第５の実施の形態の負荷変動補償装置２８において、図５に示した第４の実施の形態で適用した制御回路７を採用することができる。これにより、制御回路７は、本発明の第４の実施の形態の制御回路７と同一の制御を実行するとともに、高調波ＡＣフィルタ４４は、各交直変換器３が出力する高調波電流を吸収することができ、この結果として、第４の実施の形態の効果を実現するとともに、容量の小さい変換器用変圧器を有する低コストな負荷変動補償装置を提供できる。
【００３４】
（第７の実施の形態）次に、本発明の第７の実施の形態の負荷変動補償装置について、図７を用いて説明する。本実施の形態の負荷変動補償装置は、図１に示した第１の実施の形態に対して、各超電導電力貯蔵装置２７内に変換器用変圧器２を有さず、交直変換器３と超電導コイル４から各超電導電力貯蔵装置２７を構成し、その交直変換器３を系統連系変圧器２５の出力に直接接続したことを特徴としている。その他の構成は図１と共通する。このように構成した本実施の形態の負荷変動補償装置でも、制御回路７は第１の実施の形態と同一の制御を行う。
【００３５】
本実施の形態によれば、変換器用変圧器２が無くしたことで、より低コストな負荷変動補償装置を構成することができる。
【００３６】
なお、また本実施の形態では、図２、図３に示した第２の実施の形態で使用した交直変換器３を採用することができ、それによって、第２の実施の形態に対して、変換器用変圧器２が無い分だけより低コストな負荷変動補償装置を構成することができる。
【００３７】
また本実施の形態では、図４に示した第３の実施の形態で使用した制御回路７を採用し、第３の実施の形態と同様の制御を行うようにすることができる。そしてこれにより、第３の実施の形態に対して、変換器用変圧器２が無い分だけより低コストな負荷変動補償装置を構成することができる。
【００３８】
また本実施の形態では、図５に示した第４の実施の形態で使用した制御回路７を採用し、第４の実施の形態の同様の制御を行うようにすることができる。そしてこれにより、第４の実施の形態に対して、変換器用変圧器２が無い分だけより低コストな負荷変動補償装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施の形態の負荷変動補償装置のブロック図。
【図２】本発明の第２の実施の形態における交直変換器のブロック図。
【図３】図２におけるスイッチユニットの拡大図。
【図４】本発明の第３の実施の形態の負荷変動補償装置のブロック図。
【図５】本発明の第４の実施の形態の負荷変動補償装置のブロック図。
【図６】本発明の第５の実施の形態の負荷変動補償装置のブロック図。
【図７】本発明の第６の実施の形態の負荷変動補償装置のブロック図。
【図８】従来の超電導エネルギー貯蔵装置のブロック図。
【符号の説明】
【００４０】
１  交流系統
２  変換器用変圧器
３  交直変換器
４  超電導コイル
５  系統変動入力装置
６  ＰＱ指令変換回路
７  制御回路
８  位相制御回路
９  パルス幅制御回路
１０  分配回路
１１  点弧選択信号
１２  ＰＱ実測補正回路
１３  高調波ＡＣフィルタ
１４  超電導エネルギー貯蔵装置設置点
１５  系統電圧検出回路
１６  系統電流検出回路
１７  高調波ＡＣフィルタ電圧検出回路
１８  負荷電流検出回路
１９  直流電流検出回路
２０  系統電圧検出信号
２１  系統電流検出信号
２２  高調波ＡＣフィルタ電圧検出信号
２３  負荷電流検出信号
２４  負荷直流電流検出信号
２５  系統連系変圧器
２６  ゲート信号
２７  超電導エネルギー貯蔵装置
２８  負荷変動補償装置
２９  スイッチユニット
３０、３３  逆導通型自己消弧形素子
３１、３２、３４、３５  ダイオード
３６  コンデンサ
３７  有効・無効電力制御部
３８  コンデンサ電圧制御部
３９  ＰＷＭ制御部
４０  コンデンサ電圧指令信号
４１  出力電流指令信号
４２  直流電流制御部
４３  直流電流指令信号
４４  直流電流指令信号
４５  負荷
【図１】
2006121867.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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