超電導コイルによるエネルギー貯蔵システムの電力変換器に関する研究

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本研究は超電導コイルによるエネルギー貯蔵システムの電力変換器の性能向上と超電導コイルのクエンチ検出法に関するもので、電力系統の基本波及び高調波無効電力を低減し、総合力率と変換効率を改善するための電力変換器とその制御法、超電導コイル内の超音波伝播特性の変化を検出してクエンチを予測する方法について検討を行なったものである。主な研究成果は次の通りである。(1)交流電圧の異なる3台のサイリスタブリッジを従属接続した電力変換器で、交流電圧の最も小さいサイリスタブリッジのみ連続的な位相制御を行い、他の2台のブリッジは制御角を零又は最大とするかバイパス運転を行うことにより、従来方式(交流電圧の等しい2台のブリッジを用いた場合)に比べ、基本波無効電力をほぼ半減でき、また、第5、第7高調波も約70%に低減できることが明らかとなった。(2)基本波力率を常に1とできる自己消弧素子を用いたPWM制御電力変換器では、交流側漏れインダクタンスに基づく転流サージ電圧の抑制が問題となる。整流器とコンデンサから成る電圧クリッパー回路により転流サージ電圧を抑制し、コンデンサの吸収エネルギーを直流側に放電する方式の検討を行い、実験によりその有効性を確認した。また、動作解析を行い、コンデンサ容量、コンデンサ電圧および放電期間の選定法を明らかとした。(3)超電導マグネットの超音波伝播特性が温度、応力等の内部状態により変化することを利用してクエンチを予測し保護する方式の検討を行った。ボビンの無いエポキシ樹脂含浸のマグネット、FRP円筒およびマグネットと同一形状、寸法の含浸材の各々について、熱的変化を加え、また、マグネットには電磁力的変化を加えて実験を行った結果、2K位の局部温度変化が検出でき、本方式が含浸マグネットのクエンチ予測に有効であることがわかった。