超電導エネルギー貯蔵システムに適した新しい原理に基づく電力変換器の研究

イットリウム系セラミック等のいわゆる高温超電導材の発明に伴い、超電導エネルギー貯蔵システムに対する期待が高まってきいてる。従来のシステムでは電力変換器にはサイリスタ整流回路が採用されいてるが、実規模の大容量システムでは送配電系統に種々の高調波障害を引き起こす恐れがある。本研究は、超電導エネルギー貯蔵システムに適した高性能電力変換器の開発を目的として、以下の研究成果を得た。1.開発した電力変換器は、高効率で大容量化が容易、しかも高調波を発生しないという優れた特長を有している。これは、基本的には並列接続形サイリスタ整流回路がエネルギーの放出・流入、すなわち交流から直流(直流から交流)への電力変換を行うが、LCフィルタを整流回路と並列に接続し、電圧形PWM変換器を整合変圧器を介して系統と直列に接続している。整流回路の発生する高調波はLCフィルタが補償し、電圧形PWM変換器はLCフィルタと系統インピーダンスとの反共振の抑制と系統かちLCフィルターへの高調波電流の流入の抑制を行う。このため電圧形PWM変換器の容量は整流回路の約2%で済み、97%の高効率(システム効率)を達成することができた。2.並列接続形サイリスタ整流回路の出力電流のアンバランスを解析し、制御角の誤差が0.25゜の場合でも並列運転が危険となり得ることを明らかにした。この対策として電流フィードバックが有効であることを実験により確認した。従来から相間リアクトルにはギャップ付が用いられていたが、電流フィードバックを付加することによりギャップのない相間変圧器を用いることができる。このため、従来の相間リアクトルと比較して大幅な小型・軽量化(体積容量で1/3)を可能にした。

イットリウム系セラミック等のいわゆる高温超電導材の発明に伴い、超電導エネルギー貯蔵システムに対する期待が高まってきいてる。従来のシステムでは電力変換器にはサイリスタ整流回路が採用されいてるが、実規模の大容量システムでは送配電系統に種々の高調波障害を引き起こす恐れがある。本研究は、超電導エネルギー貯蔵システムに適した高性能電力変換器の開発を目的として、以下の研究成果を得た。1.開発した電力変換器は、高効率で大容量化が容易、しかも高調波を発生しないという優れた特長を有している。これは、基本的には並列接続形サイリスタ整流回路がエネルギーの放出・流入、すなわち交流から直流(直流から交流)への電力変換を行うが、LCフィルタを整流回路と並列に接続し、電圧形PWM変換器を整合変圧器を介して系統と直列に接続している。整流回路の発生する高調波はLCフィルタが補償し、電圧形PWM変換器はLCフィルタと系統インピーダンスとの反共振の抑制と系統かちLCフィルターへの高調波電流の流入の抑制を行う。このため電圧形PWM変換器の容量は整流回路の約2%で済み、97%の高効率(システム効率)を達成することができた。2.並列接続形サイリスタ整流回路の出力電流のアンバランスを解析し、制御角の誤差が0.25゜の場合でも並列運転が危険となり得ることを明らかにした。この対策として電流フィードバックが有効であることを実験により確認した。従来から相間リアクトルにはギャップ付が用いられていたが、電流フィードバックを付加することによりギャップのない相間変圧器を用いることができる。このため、従来の相間リアクトルと比較して大幅な小型・軽量化(体積容量で1/3)を可能にした。