(57)【要約】【課題】  超電導コイルの裕度を大きく設定しなくても、瞬低補償中にクエンチが発生した時に確実に瞬低補償を行うことができる瞬時電圧低下補償装置及び瞬時電圧低下補償方法を提供する。【解決手段】  電力系統１０に瞬低が発生すると、瞬低検出回路５５から瞬低検出信号が出力される。瞬低補償用制御回路５０は、瞬低検出回路５５から瞬低検出信号が出力されると、放電回路５２を制御し、超電導コイル３０に貯蔵されている電気エネルギーを所定の周波数及び電圧に変換して負荷２０に放出する。クエンチ用制御回路４０は、クエンチ検出回路４２からクエンチ検出信号が出力されると、超電導コイル３０に貯蔵されている電気エネルギーを保護抵抗４１ｂを介して放電させる。また、クエンチ用制御回路４０は、瞬低検出回路５５から瞬低検出信号が出力されている期間は、クエンチ保護動作を停止する。【選択図】    図１  
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導コイルと、前記超電導コイルにクエンチが発生していることを検出するクエンチ検出手段と、前記クエンチ検出手段からクエンチ検出信号が出力されると動作するクエンチ保護手段と、電力系統の瞬時電圧低下を検出する瞬時電圧低下検出手段と、前記瞬時電圧低下検出手段から瞬時電圧低下検出信号が出力されると、前記超電導コイルに貯蔵されている電力を負荷に放電させる放電手段とを備える瞬時電圧低下補償装置であって、
前記クエンチ保護手段あるいは前記クエンチ検出手段の少なくとも一方は、前記瞬時電圧低下検出手段から瞬時電圧低下検出信号が出力されている間は動作を停止する、
瞬時電圧低下補償装置。
【請求項２】
超電導コイルと、前記超電導コイルにクエンチが発生していることを検出するクエンチ検出手段と、前記クエンチ検出手段からクエンチ検出信号が出力されると動作するクエンチ保護手段と、電力系統の瞬時電圧低下を検出する瞬時電圧低下検出手段と、前記瞬時電圧低下検出手段から瞬時電圧低下検出信号が出力されると、前記超電導コイルに貯蔵されている電力を負荷に放電させる放電手段とを備える瞬時電圧低下補償装置であって、
前記クエンチ保護手段は、保護抵抗と、前記超電導コイルに前記保護抵抗を接続する接続手段と、前記クエンチ検出手段からクエンチ検出信号が出力されると前記接続手段に制御信号を出力するクエンチ保護制御手段を有し、
さらに、前記瞬時電圧低下検出手段から瞬時電圧低下検出信号が出力されている間、前記クエンチ保護制御手段への前記クエンチ検出手段からのクエンチ検出信号の入力あるいは前記接続手段への前記クエンチ保護制御手段からの制御信号の入力の少なくとも一方を禁止する禁止手段を備えている、
瞬時電圧低下補償装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の瞬時電圧低下補償装置であって、
前記超電導コイルに電力を貯蔵させる充電手段を備え、該充電手段は、前記瞬時電圧低下検出手段から瞬時電圧低下検出信号が出力されなくなった時、前記超電導コイルの温度が設定値未満である場合には前記超電導コイルへの電力の貯蔵を開始し、設定値以上である場合には前記超電導コイルへの電力の貯蔵開始を遅らせる、
瞬時電圧低下補償装置。
【請求項４】
請求項３に記載の瞬時電圧低下補償装置であって、
前記充電手段は、前記超電導コイルの温度が設定値以上である場合には、前記瞬時電圧低下検出手段から瞬時電圧低下検出信号が出力されなくなった時の前記超電導コイルの温度に応じた時間、前記超電導コイルへの電力の貯蔵開始を遅らせる、瞬時電圧低下補償装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の瞬時電圧低下補償装置であって、
前記超電導コイルの電流を検出する電流検出手段を備え、
前記充電手段は、前記瞬時電圧低下検出手段から瞬時電圧低下検出信号が出力されなくなった時の前記電流検出手段の電流検出信号に基づいて前記超電導コイルの温度を判別する、
瞬時電圧低下補償装置。
【請求項６】
電力系統の瞬時電圧低下時に、クエンチ保護手段が設けられている超電導コイルに貯蔵されている電力を負荷に放電させる瞬時電圧低下補償方法であって、瞬時電圧低下期間中は、クエンチ保護手段の保護機能を解除する、瞬時電圧低下補償方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、瞬時電圧低下を補償する瞬時電圧低下補償装置及び瞬時電圧低下補償方法に関し、特に、超電導コイルにより構成される超電導電力貯蔵装置を用いた瞬時電圧低下補償装置及び瞬時電圧低下補償方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
落雷等によって、電力系統を構成する送電線に故障が発生した場合、電力系統の制御装置は、保護リレーによって故障点を検出し、遮断器によって故障点を電力系統から除去する。この時、故障が発生してから故障点が除去されるまでの間、故障点を中心に電圧が低下する。このような電圧低下現象は、殆どの場合、継続時間が０．５秒以内であることから、瞬時電圧低下（瞬低）と呼ばれ、電圧がほぼ「０」の状態が長時間継続する停電と区別されている。
このような瞬低が発生すると、コンピュータの動作や工場の生産ライン等が影響を受ける。
そこで、瞬時電圧低下が発生したことを検出した時に、電力貯蔵装置に蓄積されている電力を出力（放電）することによって、瞬時電圧低下を補償する瞬時電圧低下補償装置が開発されている。
【０００３】
従来、瞬時電圧低下補償装置の電力貯蔵装置として、電池やコンデンサが用いられている。すなわち、通常時に電池やコンデンサを充電して電気エネルギーを貯蔵しておき、電力系統に瞬時電圧低下が発生した時に、電池やコンデンサに貯蔵されている電気エネルギーを放電させている。
ところで、近年、超電導電力貯蔵装置ＳＭＥＳ（Superconducting  Magnetic  Energy  Storage  System）の開発が進んでいる。超電導電力貯蔵装置は、電気抵抗がゼロとなる超電導状態のコイル（超電導コイル）に電流を供給（充電）した後、超電導コイルを含む閉回路を構成することによって電気エネルギーを貯蔵し、貯蔵している電気エネルギーを必要時に外部に放出（放電）するものである。
この超電導電力貯蔵装置は、電力貯蔵効率が高い、大電力を貯蔵することができる、電力の出入速度が速い（充放電時間が短い）、繰り返しの充放電に耐えることができる、等の利点を有している。このことから、短時間（例えば、１秒程度）でよいが、大電力の出力が要求される、瞬時電圧低下補償用の電力貯蔵装置として、超電導電力貯蔵装置を用いることが検討されている。（非特許文献１参照）
なお、超電導電力貯蔵装置で用いる超電導コイルとしては、種々の超電導体で形成された超電導コイルを用いることできるが、金属系の超電導体で形成された超電導コイルや酸化物超電導体で形成された超電導コイルを用いることが検討されている。
【非特許文献１】「ＯＨＭ」（第９０巻，第９号，第５８頁〜第７０頁，２００３年９月，株式会社オーム社発行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
超電導体は、極低温に冷却された時に常電導状態から超電導状態に転移して抵抗がゼロとなるが、臨界条件を越えると、超電導状態から常電導状態に転移する、すなわち、クエンチが発生する。例えば、超電導コイルの場合、電気エネルギーの出し入れ（充放電）により超電導コイルの温度が上昇し、クエンチが発生する可能性がある。
超電導コイルにクエンチが発生すると、超電導コイルの抵抗値が高くなる。この時、超電導コイルに電気エネルギーが貯蔵されていると、貯蔵されている電気エネルギーが高抵抗値を有する超電導コイルを介してジュール発熱するため、超電導コイルの温度が急上昇する可能性がある。
このため、通常、超電導コイルを用いる場合には、クエンチ保護回路が用いられる。
【０００５】
ここで、電力貯蔵装置として超電導コイル（超電導電力貯蔵装置）を用いた瞬時電圧低下補償装置として、図７に示す構成が考えられる。
図７において、電力系統２１０から遮断器２１１、２１３を介して負荷２２０に電力が供給される。
また、瞬低を補償するための電力貯蔵装置としての超電導コイル２３０が設けられている。超電導コイル２３０は、充電回路２５１を介して電流が供給（充電）された後、超電導コイル２３０を含む閉回路が形成される。これにより、閉回路を介して電流が流れることによって、超電導コイル２３０に電気エネルギーが貯蔵された状態が維持される。
そして、落雷等によって電力系統２１０に瞬低が発生すると、超電導コイル２３０に貯蔵されている電気エネルギーは、変換回路２５２で所定の電圧及び所定の周波数の交流電力に変換され、遮断器２５３、２１３を介して負荷２２０に供給（放電）される。
なお、電力系統２１０の瞬低を検出する瞬低検出回路２５５が設けられており、瞬低補償用制御回路２５０は、瞬低検出回路２５５からの瞬低検出信号に基づいて、充電回路２５１及び変換回路２５２を制御する。
さらに、クエンチ保護回路が設けられている。クエンチ保護回路は、超電導コイル２３０に並列に接続された保護回路２４１と、超電導コイル２３０にクエンチが発生したことを検出するクエンチ検出回路（図示省略）と、クエンチ検出回路からのクエンチ検出信号に基づいて保護回路２４１を動作させるクエンチ用制御回路２４０により構成されている。保護回路２４１は、開閉器２４１ａと保護抵抗２４１ｂが直列に接続されている。保護回路の開閉器２４１ａは、クエンチ検出回路からクエンチ検出信号が出力された時に、クエエンチ用制御回路２４０からの制御信号によって閉路され、超電導コイル２３０に貯蔵されている電気エネルギーを保護抵抗２４１ｂを介して放出（消費）させる。
【０００６】
このように、超電導コイルと、従来用いられているクエンチ保護回路を用いて瞬低補償装置を構成した場合、瞬低補償中に超電導コイルにクエンチが発生すると、超電導コイルに貯蔵されている電気エネルギーが保護抵抗を介して放出される。このような場合には、確実に瞬低補償を行うことができない。
確実に瞬低補償を行えるようにするには、瞬低補償中に超電導コイルにクエンチが発生しないように、大きな裕度を持たせて設計を行う必要がある。例えば、臨界温度が高い超電導体で形成された超電導コイルを用いたり、冷却能力の高い冷却装置を用いること等によって裕度を大きくする。このように大きな祐度を持たせて設計を行うと、超電導電力貯蔵装置が高価となる。
そこで、本発明者は、種々検討した結果、落雷等の故障発生時における電力系統の瞬時電圧低下状態の継続時間はほとんどの場合非常に短いことから、瞬低補償中に超電導コイルにクエンチが発生した場合にそのまま瞬低補償を継続させても、超電導コイルが焼損に至ることはなく、仮に、クエンチが発生しても、瞬低補償期間経過後において超電導コイルの貯蔵エネルギーを充分放電させた後に電力貯蔵を開始すれば、機器破損が回避できるという知見を得た。
このように、超電導電力貯蔵装置の裕度を、瞬低補償中に超電導コイルにクエンチが発生しないような大きな裕度に設定しなくても、超電導コイルの電力貯蔵能力を最大限に利用することができ、安価な超電導電力貯蔵装置、したがって、安価な瞬時電圧低下補償装置を得ることができる。
したがって、本発明が解決しようとする課題は、超電導コイルの裕度を大きく設定しなくても、瞬時電圧低下補償中にクエンチが発生した時に確実に瞬時電圧低下補償を行うことができる瞬時電圧低下補償装置及び瞬時電圧低下補償方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの瞬時電圧低下補償装置である。
請求項１に記載の瞬時電圧低下補償装置は、超電導コイルと、クエンチ検出手段からクエンチ検出信号が出力されると動作するクエンチ保護手段と、瞬時電圧低下検出手段から瞬時電圧低下検出信号が出力されると超電導コイルに貯蔵されている電力を負荷に放電させる放電手段とを備え、クエンチ保護手段あるいはクエンチ検出手段の少なくとも一方は、瞬時電圧低下検出手段から瞬時電圧低下検出信号が出力されている間はクエンチ保護動作あるいはクエンチ検出動作を停止するように構成されている。
また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりの瞬時電圧低下補償装置である。
請求項２に記載の瞬時電圧低下補償装置は、超電導コイルと、クエンチ検出手段からクエンチ検出信号が出力されると動作するクエンチ保護手段と、瞬時電圧低下検出手段から瞬時電圧低下検出信号が出力されると超電導コイルに貯蔵されている電力を負荷に放電させる放電手段とを備え、クエンチ保護手段は、クエンチ検出手段からクエンチ検出信号が出力されると、超電導コイルに保護抵抗を接続する接続手段に制御信号を出力するクエンチ制御手段を有し、さらに、瞬時電圧低下検出手段から瞬時電圧低下検出信号が出力されている間は、クエンチ制御手段へのクエンチ検出信号の入力あるいは接続手段への制御信号の入力の少なくとも一方を禁止する禁止手段を備えている。
また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりの瞬時電圧低下補償装置である。
請求項３に記載の瞬時電圧低下補償装置は、瞬時電圧低下が回復した時、超電導コイルの温度が設定値未満である場合には超電導コイルへの電力の貯蔵を開始し、設定値以上である場合には超電導コイルへの電力の貯蔵開始を遅らせる充電手段を備えている。
また、本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおりの瞬時電圧低下補償装置である。
請求項４に記載の瞬時電圧低下補償装置では、充電手段は、超電導コイルの温度が設定以上である場合には、瞬時電圧低下が回復した時の超電導コイルの温度に応じた時間、超電導コイルへの電力の貯蔵開始を遅らせる。
また、本発明の第５発明は、請求項５に記載されたとおりの瞬時電圧低下補償装置である。
請求項５に記載の瞬時電圧低下補償装置では、充電手段は、瞬時電圧低下が回復した時の超電導コイルの電流に基づいて、超電導コイルの温度を判別する。
また、本発明の第６発明は、請求項６に記載されたとおりの瞬時電圧低下補償方法である。
請求項６に記載の瞬時電圧低下補償方法は、電力系統の瞬時電圧低下時、超電導コイルに貯蔵されている電力を負荷に放電させるとともに、電力系統の瞬時電圧が低下している期間中はクエンチ保護手段の保護機能を解除する。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載の瞬時電圧低下補償装置を用いれば、瞬時電圧低下検出手段から瞬時電圧低下検出信号が出力されている間、すなわち、瞬時電圧低下期間中は、クエンチ保護回路のクエンチ保護動作あるいはクエンチ検出手段のクエンチ検出動作が停止するため、クエンチ保護機能が解除される。
また、請求項２に記載の瞬時電圧低下補償装置を用いれば、瞬時電圧低下期間中は、クエンチ制御手段へのクエンチ検出信号の入力あるいは接続手段への制御信号の入力が停止するため、クエンチ保護機能が解除される。
これにより、瞬時電圧低下補償期間中にクエンチが発生しても、瞬時電圧低下補償が継続して行われるため、確実に瞬時電圧低下補償を行うことができる。また、超電導コイルの裕度を大きくする必要がないため、超電導電力貯蔵装置の利点を利用しながら、安価に瞬時電圧低下補償装置を得ることができる。
ここで、請求項１に記載の瞬時電圧低下補償装置のように、クエンチ検出手段のクエンチ検出動作を停止させる技術を用いると、瞬時電圧低下補償装置を容易に構成することができる。
また、請求項２に記載の瞬時電圧低下補償装置のように、クエンチ制御手段へのクエンチ検出信号の入力あるいは接続手段への制御信号の入力を停止させる技術を用いると、例えば、クエンチ検出手段とクエンチ制御手段との間あるいはクエンチ制御手段と接続手段との間にスイッチ回路を設けるだけでよいため、瞬時電圧低下補償装置をより容易に構成することができる。
また、請求項３に記載の瞬時電圧低下補償装置を用いれば、瞬時電圧低下検出手段から瞬時電圧低下検出信号が出力されなくなった時、すなわち、瞬時電圧低下が回復した時に、超電導コイルの温度が設定値未満であれば超電導コイルへの電力の貯蔵（充電）を開始させるため、瞬時電圧低下補償を行った後、超電導コイルを、速やかに次の瞬時電圧低下補償に対する待機状態に設定することができる。一方、超電導コイルの温度が設定値以上であれば超電導コイルへの電力の貯蔵開始（充電開始）を遅らせて超電導コイルを冷却するため、超電導コイルの発熱を防止することができる。
また、請求項４に記載の瞬時電圧低下補償装置を用いれば、瞬時電圧低下が回復した時の超電導コイルの温度に応じた時間だけ超電導コイルへの充電開始を遅らせるため、超電導コイルの発熱を防止しながら、超電導コイルを、より速やかに次の瞬時電圧低下補償に対する待機状態に設定することができる。
また、請求項５に記載の瞬時電圧低下補償装置を用いれば、瞬時電圧低下が回復した時の超電導コイルの温度を簡単な構成で、容易に判別することができる。
また、請求項６に記載の瞬時電圧低下補償方法では、瞬時電圧低下期間中はクエンチ保護機能を解除している。ここで、瞬時電圧低下期間は極めて短く、瞬時電圧低下補償期間中は超電導コイルの電流が減少していく。このため、請求項６に記載の瞬時電圧低下補償方法を用いることにより、瞬時電圧低下期間中にクエンチが発生しても、瞬時電圧低下補償動作を継続することができるため、確実に瞬時電圧低下補償を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
本発明の瞬時電圧低下補償装置の第１の実施の形態の概略構成図を図１に示す。図１は、電力系統１０から負荷２０に電力を供給するシステムに本実施の形態の瞬時電圧低下補償装置を用いた場合を示している。
電力系統１０と負荷２０の間には、遮断器１１、１３、高速切換スイッチ１２が設けられている。高速切換スイッチ１２は、並列接続されたサイリスタスイッチ１２ａと遮断器１２ｂを有している。
また、落雷等の故障によって電力系統１０に瞬時電圧低下（瞬低）が発生した時に、負荷２０の電圧が低下するのを防止するための電力を供給する電力貯蔵装置として、超電導コイル３０が設けられている。超電導コイル３０は、クライオスタット３０ａ内に収納され、冷却装置によって臨界温度以下に冷却されている。超電導コイル３０は、１つ設けてもよいし、複数設けてもよい。また、複数の超電導コイル３０を設ける場合、それらの接続態様や配置態様は適宜設定することができる。
超電導コイル３０には、クエンチ保護回路４１が直列に接続されている。クエンチ保護回路４１は、並列接続された開閉器４１ａと保護抵抗４１ｂを有している。クエンチ保護回路４１は、超電導コイル３０にクエンチが発生した場合に、超電導コイル３０に貯蔵されている電気エネルギーを放電（消費）させて、超電導コイル３０が発熱するのを防止するためのものである。保護抵抗４１ｂの抵抗値は、超電導コイル３０に貯蔵されている電気エネルギーを保護抵抗４１ｂを介して放電（消費）する際に、放電電流の値が適切な値となるように設定される。
【００１０】
また、超電導コイル３０に電気エネルギーを貯蔵する際に、超電導コイル３０に電流を供給する（充電する）ための充電回路５１が設けられている。充電回路５１としては、種々の構成の充電回路を用いることができる。図１では、充電回路５１は、電力系統１０の交流電力を整流する整流回路５１ｂと、整流回路５１ｂの直流出力電力の電圧を制御するＤＣ−ＤＣ変換回路５１ａにより構成されている。
また、電力系統１０に瞬低が発生した時に、超電導コイル３０に貯蔵されている電気エネルギーを所定の周波数及び電圧の交流電力に変換して負荷２０に放電する放電回路５２が設けられている。放電回路５２としては、種々の構成の放電回路を用いることができる。図１では、放電回路５２は、直流電力を所定の周波数の交流電力に変換するＤＣ−ＡＣ変換回路５２ａと、ＤＣ−ＡＣ変換回路５２ａの交流出力電力の電圧を調整する変圧器５２ｂにより構成されている。放電回路５２から出力される交流電力は、遮断器５３、１３を介して負荷２０に供給される。
【００１１】
また、超電導コイル３０にクエンチが発生したことを検出してクエンチ検出信号を出力するクエンチ検出回路４２が設けられている。クエンチ検出回路４２は、例えば、超電導コイル３０にクエンチが発生していることを検出している時には出力信号（検出信号）をハイレベル「Ｈ」とし、クエンチが発生していることを検出していない時には出力信号（検出信号）をローレベル「Ｌ」とする。
クエンチ検出回路４２としては、公知の種々のクエンチ検出回路が知られている。例えば、ブリッジ法や端子電圧法を用いたクエンチ検出回路が知られている（特開平７−５０２０８号公報参照）。ブリッジ法は、超電導コイルに電圧タップを設けるとともに、電圧タップに抵抗器や可変抵抗器を接続してブリッジを形成し、ブリッジのアンバランスを検出することにより、超電導コイルにクエンチが発生していることを検出する方法である。また、端子電圧法は、超電導コイルに電圧タップを設け、電圧タップ間の端子電圧と基準値を比較することによって超電導コイルにクエンチが発生していることを検出する方法である。
本実施の形態では、クエンチ検出回路４２として、これらの公知のクエンチ検出回路を用いている。クエンチ検出回路４２のクエンチ検出信号は、後述するクエンチ用制御回路４０に出力される。
【００１２】
また、超電導コイル３０の電流（充電時の充電電流、放電時の放電電流、超電導コイルの残留電流等）を検出する電流検出回路５４が設けられている。
本実施の形態では、瞬低期間中はクエンチ保護機能を解除するため、例えば、瞬低補償期間中にクエンチが発生しても瞬低補償が継続される。すなわち、超電導コイルの能力を最大限に利用している。このためには、電力系統１０の瞬時電圧低下状態が回復、すなわち瞬低回復により、超電導コイル３０に貯蔵されている電気エネルギーの負荷２０への放出を停止する際における超電導コイル３０の温度を判別するのが好ましい。
ここで、超電導コイル３０の温度は、超電導コイル３０の電流（残留電流）によって判別可能である。
そこで、本実施の形態では、瞬低回復時における電流検出回路５４の電流検出信号に基づいて、瞬低回復時における超電導コイル３０の残留電流、したがって、瞬低回復時における超電導コイル３０の温度を判別している。そして、判別した超電導コイル３０の温度及び充電過程における温度上昇を加味したクエンチ余裕に基づいて、超電導コイル３０への充電開始を、瞬低回復後にただちに開始するか、冷却のための遅れ時間を設けた後に開始するかを判断している。
勿論、電流検出回路５４により、超電導コイル３０の他の状態における電流を検出することもできる。また、電流検出回路５４を設ける位置は、図１に示した位置に限定されない。
電流検出回路５４の電流検出信号は、後述する瞬時電圧低下補償用制御回路（瞬低補償用制御回路）５０に出力される。
【００１３】
また、電力系統１０に瞬低が発生したことを検出して瞬時電圧低下検出信号（瞬低検出信号）を出力する瞬時電圧低下検出回路（瞬低検出回路）５５が設けられている。瞬低検出回路５５は、例えば、電力系統１０の瞬低を検出した時（電力系統１０の電圧が低下している時）に出力信号（検出信号）をハイレベル「Ｈ」とし、電力系統１０の瞬低を検出していない時（電力系統１０の電圧が正常である時）に出力信号（検出信号）をローレベル「Ｌ」とする。
瞬低検出回路としては、公知の種々の瞬低検出回路が知られている。例えば、電力系統の各相毎に、相電圧に位相同期した基準正弦波データを出力し、この基準正弦波データと相電圧との差を基準値と比較することによって、電力系統に瞬低が発生したことを検出する瞬低検出回路が知られている（特開平５−２９７０３０号公報）。また、電力系統の３相の電圧を３相／２相変換して合成電圧ベクトルを求め、求めた合成ベクトルの和の絶対値を基準値と比較することによって、電力系統に瞬低が発生したことを検出する瞬低検出回路が知られている（特開平５−２９７０３０号公報）。
本実施の形態では、瞬低検出回路５５として、これら公知の瞬低検出回路を用いている。瞬低検出回路５５からの瞬低検出信号は、後述する瞬低補償用制御回路５０に出力される。
【００１４】
クエンチ用制御回路４０は、クエンチ検出回路４３からクエンチ検出信号が入力されると、クエンチ保護制御を実行する。例えば、開閉器４１ａに開制御信号を出力して開閉器４１ａを開制御する。これにより、超電導コイル３０に貯蔵されている電気エネルギーは、保護抵抗４１ｂ及び充電回路５１のＤＣ−ＤＣ変換回路５１ａにより形成される閉回路を介して放電（消費）される。
ここで、クエンチ用制御回路４０は、瞬低検出回路５５から瞬低検出信号が入力された場合には、クエンチ検出回路４３からクエンチ検出信号が入力されても、クエンチ保護制御を実行しない。すなわち、クエンチ用制御回路４０にクエンチ検出信号が入力されている期間（瞬低検出回路５５から瞬低検出信号が出力されている期間）は、クエンチ保護機能が解除された状態となる。
【００１５】
瞬低補償用制御回路５０は、瞬低検出回路５５から瞬低検出信号が入力されていない場合、超電導コイル３０に十分に電力が貯蔵されていなければ、充電回路５１を制御して超電導コイル３０に電流を供給する（充電する）。そして、例えば、電流検出器５４からの電流検出信号によって、超電導コイル３０の電流が所定値に達したことを判別すると、充電を停止し、超電導コイル３０を含む閉回路を形成する。例えば、ＤＣ−ＤＣ変換回路５１ａを制御して、超電導コイル３０、開閉器４１ａ及びＤＣ−ＤＣ変換回路５１ａにより閉回路を形成する。このような閉回路を形成することによって、超電導コイル３０に電気エネルギーが貯蔵された状態が保持される。
この状態で、瞬低検出回路５５から瞬低検出信号が出力されると、瞬低補償用制御回路５０は、放電回路５２を制御して、超電導コイル３０に貯蔵されている電気エネルギーを所定の周波数及び電圧の交流電力に変換し、負荷２０に放出（放電）する。同時に、高速切り換えスイッチ１２をオフ制御して、負荷２０を電力系統１０から切り離す。
そして、瞬低補償用制御回路５０は、瞬低検出回路５５から瞬低検出信号が入力されなくなると、すなわち、瞬低が回復すると、放電回路５２を停止させる。同時に、高速切り換えスイッチ１２に閉制御信号を出力して高速切り換えスイッチ１２を閉制御し、負荷２０を電力系統１０に再投入する。
【００１６】
さらに、瞬低補償用制御回路５０は、瞬低検出信号が入力されなくなった時、すなわち、瞬低回復時における超電導コイル３０の温度状態を判別する。ここで、超電導コイル３０の温度状態は超電導コイル３０の電流（残留電流）によって変化するため、超電導コイル３０の残留電流を検出することによって超電導コイル３０の温度を判別することができる。
そこで、瞬低回復時における電流検出回路５４の電流検出信号に基づいて、瞬低回復時における超電導コイル３０の残留電流を検出する。そして、検出した超電導コイル３０の残留電流が、設定電流以上であるか否かを判断する。この時の設定電流としては、超電導コイル３０を瞬低回復後に充電すると、超電導コイル３０の温度が上昇してクエンチ余裕がなくなり、クエンチが発生する可能性が高い値に設定する。この値は、超電導コイル３０の特性によって定まる。
瞬低回復時における超電導コイル３０の残留電流が設定電流以上である場合、すなわち、超電導コイルの温度が設定温度未満である場合には、充電回路５１を制御して超電導コイル３０を充電する。この場合には、超電導コイル３０を、次の瞬低補償に対する待機状態に短時間で設定することができる。
一方、瞬低回復時における超電導コイル３０の残留電流が設定電流未満である場合、すなわち、超電導コイル３０の温度が設定温度以上である場合には、超電導コイル３０が充分に冷却されるまで超電導コイル３０の充電開始を遅らせる。この場合には、超電導コイル３０の充電中にクエンチが発生する可能性を減少させることができる。
ここで、超電導コイル３０の充電開始を遅らせる時間としては、予め定められた時間を用いてもよいし、条件に応じて変更してもよい。例えば、瞬低回復時における超電導コイル３０の残留電流、したがって、超電導コイル３０の温度に対応した遅れ時間を設定する。この方法を用いると、瞬低回復時における超電導コイル３０の温度に対応した遅れ時間だけ超電導コイル３０が冷却されるため、超電導コイル３０の発熱を防止しながら、超電導コイル３０を次の瞬低補償に対する待機状態に迅速に設定することができる。
【００１７】
勿論、瞬低回復時における超電導コイル３０の電流に基づいて超電導コイルの３０温度を算出し、算出した超電導コイル３０の温度が設定温度以上であるか否かを判別する方法を用いることもできる。また、瞬低回復時における超電導コイル３０の温度に応じた遅れ時間を設定する方法を用いることもできる。
また、超電導コイル３０の温度を検出する方法としては、超電導コイル３０の温度を直接検出する方法を用いてもよいし、超電導コイル３０の電流以外の指標に基づいて検出する方法を用いることもできる。
さらに、瞬低回復時における超電導コイル３０の温度以外の状態に基づいて、超電導コイル３０に対する充電開始条件を決定することもできる。
【００１８】
本実施の形態では、クエンチ検出回路４２が本発明のクエンチ検出手段に対応し、クエンチ保護回路４１及びクエンチ用制御回路４０により本発明のクエンチ保護手段が構成されており、開閉器４１ａにより本発明の接続手段が構成され、クエンチ用制御回路４０が本発明のクエンチ保護制御手段に対応し、瞬時電圧低下検出回路５５が本発明の瞬時電圧低下検出手段に対応し、放電回路５２及び瞬時電圧低下用制御回路５０により本発明の放電手段が構成されており、充電回路５１及び瞬時電圧低下用制御回路５０により本発明の充電手段が構成され、電流検出回路５４が本発明の電流検出手段に対応する。
【００１９】
次に、本実施の形態の動作を、図２及び図３に示すタイムチャート図により説明する。
なお、図２は、瞬低補償中にクエンチが発生しない場合の動作を示し、図３は、瞬低補償中にクエンチが発生した場合の動作を示している。
まず、図２の動作を説明する。ここで、超電導コイル３０への充電が完了し、超電導コイル３０を含む閉回路に循環電流が流れ、超電導コイル３０に電気エネルギーが貯蔵されている状態が保持されているものとする。また、遮断器１１、１３、５３が閉制御され、遮断器１２ｂが開制御され、サイリスタスイッチ１２ａがオン状態にあり、開閉器４１ａが閉制御されているものとする。
この状態で、落雷等の故障によって、時点ｔ１で電力系統１０に瞬低が発生すると、瞬低検出回路５５から瞬低検出信号が出力される。
瞬低補償用制御回路５０は、瞬低検出回路５５から瞬低検出信号が入力されることにより、放電回路５２を制御し、超電導コイル３０に貯蔵されている電気エネルギーを負荷２０に放出（放電）する。同時に、瞬低補償用制御回路５０は、サイリスタスイッチ１２ａをオフ制御し、負荷２０を電力系統１０から切り離す。
また、クエンチ用制御回路４０は、瞬低検出回路５５から瞬低検出信号が入力されることにより、クエンチ保護動作を停止する。
【００２０】
図２では、瞬低補償中に超電導コイル３０にクエンチが発生することなく、時点ｔ２で電力系統１０の瞬低が回復し、瞬低検出回路５５からの瞬低検出信号の出力が停止している。
瞬低補償用制御回路５０は、瞬低検出回路５５からの瞬低検出信号の入力が停止すると、放電回路５２を制御し、超電導コイル３０に貯蔵されている電気エネルギーの負荷２０への放出（放電）を停止させる。
同時に、遮断器１２ｂに閉制御信号を出力して遮断器１２ｂを閉制御する。これにより、負荷２０が電力系統１０に再投入される。なお、遮断器１２ｂを閉制御した後、所定の時期に、サイリスタスイッチ１２ａをオン制御してから、遮断器１２ｂに開制御信号を出力して遮断器１２ｂを開制御する。
なお、瞬低検出回路５５からの瞬低検出信号の出力が停止すると、クエンチ用制御回路４０は、クエンチ保護動作を再開する。すなわち、クエンチ検出回路４３からクエンチ検出信号が入力されると、超電導コイル３０に保護抵抗４１ｂを接続し、超電導コイル３０に貯蔵されている電気エネルギーを保護抵抗４１ｂを介して放電（消費）させる。
【００２１】
また、瞬低補償用制御回路５０は、瞬低検出信号の出力が停止した時点の電流検出回路５４からの電流検出信号に基づいて、瞬低回復時における超電導コイル３０の電流（残留電流）を読み取る。そして、瞬低回復時における超電導コイル３０の電流が前述の設定電流以上であるか否か、すなわち、超電導コイル３０の温度が設定温度以上であるか否かを判断する。図２の場合、瞬低回復時点ｔ２における超電導コイル３０の電流が設定電流以上である（温度が設定温度未満）であるため、直ちに、充電回路５１が制御されて超電導コイル３０への電流の供給（充電）が開始される。
そして、時点ｔ３で、超電導コイル３０への電流の供給（充電）が終了し、超電導コイルを含む閉回路が形成され、超電導コイル３０に電気エネルギーが貯蔵された状態が保持される。すなわち、時点ｔ３で、超電導コイル３０は、次の瞬低補償に対する待機状態となる。
【００２２】
次に、図３に示す動作を説明する。
落雷等の故障によって、時点ｔ１１で電力系統１０に瞬低が発生し、瞬低検出回路５５から瞬低検出信号が出力される。
瞬低補償用制御回路５０は、瞬低検出回路５５から瞬低検出信号が入力されると、放電回路５２を制御して、超電導用コイル３０に貯蔵されている電気エネルギーを負荷２０に放出（放電）する。クエンチ用制御回路４０は、瞬低検出回路５５から瞬低検出信号が入力されるため、クエンチ保護動作を停止する。また、サイリスタスイッチ１２ａをオフ制御する。
図３に示すタイムチャート図では、超電導コイル３０に貯蔵されている電気エネルギーを負荷２０に放出している期間中（瞬低期間中）の時点ｔ１２で、超電導コイル３０の温度が上昇し、クエンチが発生している。すなわち、時点ｔ１２で、クエンチ検出回路４３からクエンチ検出信号が出力されている。
この時、クエンチ用制御回路４０は、瞬低検出回路５５から瞬低検出信号が入力されてクエンチ保護動作を停止しているため、クエンチ検出回路４３からクエンチ検出信号が入力されても、クエンチ保護動作を実行しない。したがって、超電導コイル３０に貯蔵されている電気エネルギーの放出（放電）、すなわち、瞬低補償動作は継続される。
【００２３】
この状態で、時点ｔ１３で電力系統１０の瞬低が回復し、瞬低検出回路５５からの瞬低検出信号の入力が停止する。
瞬低補償用制御回路５０は、瞬低検出回路５５からの瞬低検出信号の入力が停止すると、放電回路５２の作動を停止させるとともに、遮断器１２ｂに閉制御信号を送信して遮断器１２ｂを閉制御する。
また、クエンチ用制御回路４０は、瞬低検出回路５５からの瞬低検出信号の入力が停止すると、クエンチ保護動作の停止を解除する。この時、クエンチ検出回路４３がクエンチ検出信号を出力しているため、クエンチ用制御回路４０は、開閉器４１ａに開制御信号を出力して開閉器４１ａを開制御する。これにより、超電導コイル３０に貯蔵されている電気エネルギーは、保護抵抗４１ｂを介して放出（消費）される。
また、瞬低補償用制御回路５０は、瞬低検出回路５５からの瞬低検出信号の入力が停止した時点（瞬低回復時点）ｔ１３における電流検出回路５４の電流検出信号に基づいて、瞬低回復時における超電導コイル３０の電流（残留電流）を検出する。そして、瞬低回復時における超電導コイル３０の電流が設定電流以上であるか否かを判断する。図３では、瞬低回復時における超電導コイルの電流が設定電流未満であるため、瞬低補償用制御回路５０は、超電導コイル３０への充電電流の供給開始を遅らせて、超電導コイル３０を冷却させる。
この場合の冷却時間は予め定めた時間でもよいし、瞬低回復時における超電導コイル３０の電流、あるいは、電流から判別した超電導コイル３０の温度に対応する時間を設定してもよい。
そして、冷却のための遅れ時間経過した時点ｔ１４で、充電回路５１を制御して、超電導コイル３０への電流の供給（充電）を開始する。超電導コイル３０への充電が終了した時点ｔ１５で、超電導コイル３０は、次の瞬低補償に対する待機状態となる。
なお、図３では、瞬低回復時点ｔ１３においてクエンチが発生しているため、クエンチ保護機能による冷却時間も設定される。このため、超電導コイル３０への充電が開始される時点ｔ１４は、クエンチ保護機能より設定される冷却時間と瞬低補償用制御回路５０により設定される冷却時間のうち長い方の冷却時間によって決定される。
【００２４】
以上のように、本実施の形態では、瞬低補償を行うための電力貯蔵装置として超電導コイルを用いているため、大電力を短時間に、効率よく充放電することができる。
また、瞬低検出回路から瞬低検出信号が出力されている間、すなわち、瞬低期間中は、クエンチ保護回路の保護機能が解除されるように構成されているため、超電導コイルに貯蔵されている電気エネルギーを用いて瞬低補償を行っている時にクエンチが発生しても、瞬低補償を継続して行うことができる。
このため、超電導コイルの能力を最大限に利用することができ、安価な瞬低補償装置を得ることができる。
【００２５】
第１の実施の形態では、瞬低検出回路から瞬低検出信号が出力されている期間中におけるクエンチ保護機能を解除する方法として、クエンチ用制御回路がクエンチ保護動作を停止する方法を用いたが、クエンチ保護機能を解除する方法としてはこれ以外の方法を用いることができる。
クエンチ保護機能を解除する方法として、クエンチ用制御回路へのクエンチ検出信号の入力を禁止する方法を用いる第２の実施の形態を図４に示す。
本実施の形態は、クエンチ検出回路４２とクエンチ用制御回路４０との間にスイッチ４３が設けられ、スイッチ４３が瞬低検出回路５５から出力される瞬低検出信号によって制御されている点を除いては、第１の実施の形態と同様である。
本実施の形態では、瞬低検出回路５５から瞬低検出信号が出力されていない時には、スイッチ４３は閉制御されている。これにより、クエンチ検出回路４２からのクエンチ検出信号はクエンチ用制御回路４０に入力される。
一方、瞬低検出回路５５から瞬低検出信号が出力されると、スイッチ４３が開制御される。このため、クエンチ検出回路４２からのクエンチ検出信号は、クエンチ用制御回路４０に入力されない。すなわち、クエンチ保護機能が解除された状態になる。
なお、本実施の形態では、スイッチ４３が本発明のクエンチ制御手段へのクエンチ検出手段からのクエンチ検出信号の入力を禁止する禁止手段に対応する。
また、禁止手段としては、スイッチ以外の種々の手段を用いることができる。
【００２６】
次に、クエンチ保護機能を解除する方法として、接続手段へのクエンチ用制御回路からの制御信号の入力を禁止する方法を用いる第３の実施の形態を図５に示す。
本実施の形態は、開閉器４１ａとクエンチ用制御回路４０との間にスイッチ４４が設けられ、スイッチ４４が瞬低検出回路５５から出力される瞬低検出信号によって制御されている点を除いては、第１の実施の形態と同様である。
本実施の形態では、瞬低検出回路５５から瞬低検出信号が出力されていない時には、スイッチ４４は閉制御されている。これにより、クエンチ用制御回路４０からの制御信号は開閉器４１ａに入力される。
一方、瞬低検出回路５５から瞬低検出信号が出力されると、スイッチ４４が開制御される。このため、クエンチ用制御回路４０からの制御信号は、開閉器４１ａに入力されない。すなわち、クエンチ保護機能が解除された状態になる。
なお、本実施の形態では、スイッチ４４が本発明の接続手段へのクエンチ制御手段からの制御信号の入力を禁止する禁止手段に対応する。
また、禁止手段としては、スイッチ以外の種々の手段を用いることができる。
【００２７】
第２及び第３の実施の形態では、クエンチ用制御回路へのクエンチ検出信号の入力を禁止あるいは接続手段へのクエンチ用制御回路からの制御信号の入力を禁止する禁止手段（例えば、スイッチ）を設けるだけでよいため、瞬低補償装置を安価に、容易に構成することができる。
なお、これ以外にも、瞬低発生中にクエンチ保護機能を禁止させることができれば、種々の構成を用いることができる。
例えば、クエンチ検出回路のクエンチ検出動作を停止する方法を用いることもできる。この場合には、例えば、クエンチ検出回路に信号入力端子を設け、信号入力端子に瞬低検出回路からの瞬低検出信号が入力された場合には、クエンチ検出回路のクエンチ検出動作を停止し、信号入力端子にクエンチ検出信号が入力されていない場合には、クエンチ検出回路のクエンチ検出動作を実行するように構成する。
この場合、クエンチ検出動作を実行あるいは停止可能なクエンチ検出回路を用いるだけでよいため、瞬低補償装置を安価に、容易に構成することができる。
【００２８】
また、超電導コイルに保護抵抗を接続する接続手段は、図１に示した構成に限定されず、種々の構成を用いることができる。例えば、図６に示すような接続手段を用いることもできる。
図６では、超電導コイル１３０に並列にクエンチ保護回路１４１が接続されている。クエンチ保護回路１４１は、直列に接続された開閉器１４１ａと保護抵抗１４１ｂを有している。この開閉器１４１ａは、通常状態では、開制御されている。
クエンチ用制御回路１４０は、クエンチ検出回路１４２からクエンチ検出信号が入力されると、開閉器１４１ａに閉制御信号を出力して開閉器１４１ａを閉制御する。これにより、超電導コイル１３０、開閉器１４１ａ及び保護抵抗１４１ｂにより閉回路が形成され、超電導コイル１３０に貯蔵されている電気エネルギーは、保護抵抗１４１ｂを介して放電（消費）される。
【００２９】
本発明は、実施の形態で説明した構成に限定されず、種々の変更、追加、削除が可能である。
例えば、瞬時電圧低下補償装置の構成は、図面や明細書に示した構成に限定されず、種々の構成を用いることができる。
また、超電導コイルの充電制御、超電導コイルに貯蔵されている電気エネルギーの放電制御、電力系統と負荷との開放及び投入制御を瞬低補償用制御回路で実行したが、各制御を個別の制御回路で実行してもよい。この場合には、個別に設けた制御回路を組み合わせたものが本発明の瞬低補償用制御回路に対応する。
また、実施の形態では装置について説明したが、本発明は方法としても構成することができる。
また、実施の形態では高速切換スイッチを用いたが、高速切換スイッチは省略することもできる。
また、クエンチ保護回路やクエンチ保護方法も適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施の形態の概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の動作を説明するタイムチャート図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の動作を説明するタイムチャート図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の概略構成図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態の概略構成図である。
【図６】クエンチ保護回路の他の構成を示す図である。
【図７】超電導コイルと従来のクエンチ保護回路を用いて構成した瞬時電圧低下補償装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０、２１０  電力系統
１１、１２ｂ、１３、５３  遮断器
１２、１１２  高速切換スイッチ
１２ａ  サイリスタスイッチ
２０、２２０  負荷
３０、１３０、２３０  超電導コイル
３０ａ、１３０ａ  クライオスタット
４０、１４０、２４０  クエンチ用制御回路
４１、１４１、２４１  クエンチ保護回路
４１ａ、１４１ａ、２４１ａ  開閉器
４１ｂ、１４１ｂ、２４１ｂ  保護抵抗
４２、１４２  クエンチ検出回路
４３、４４  スイッチ
５０、１５０、２５０  瞬低補償用制御回路
５１、１５１、２５１  充電回路
５２、１５２、２５２  放電回路
５４、１５４  電流検出回路
５５、１５５、２５５  瞬低検出回路
【図１】
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【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】
2005143195.tif 000009