未来開拓学術研究推進事業研究成果報告書概要

４－１　研究計画、目的に対する成果

既製のアナログ型実時間電力系統解析シミュレータ（TNS）に含まれていない超伝導機器モデル（発電機（アナログ型，デジタル型）超伝導磁気エネルギー貯蔵装置（SMES），限流器（進行中））を開発した．
　超伝導発電機による系統安定度向上化の定量化と系統最適導入地点，機器パラメータと安定性の関係を示した．
　TNSとそのSMES モデルを用いた場合と小型超伝導マグネットからなるSMES と回転機を含むでこぎ電力系統を用いた場合の２つの方法で，SMESによる電力系統運転状態の把握（固有値測定）に成功した．
　動作電流調整可能な限流器を提案し，その復帰特性が非常に良好（100msec以内）であることとその設計が容易であることを示すともに，限流器を含む電力系統の新しい構成法を提案するとともに，トレードオフの関係にある故障電流抑制と安定度向上の２つの課題を同時に解決することを実験的にも示した．
　超伝導機器に必要な液体ヘリウムや液体窒素に包まれた固体絶縁体の沿面放電特性を実験的に求めるとともに固有静電容量でその特性を整理し，実験することなしで様々な固体絶縁体の沿面放電特性と知ることができることを示した．また，発生する気泡が特性に影響しないことを実験と理論で示した．
　バルク超伝導体を回転子に持つ回転機は，同じ構造で様々な機器特性を持つことを示し，伝呂億系統の発電機として有望である知見を得た．
　超伝導機器はいろいろなシステム的特長を有することを技術的に示すことができたが，全体としての定量的評価が残された課題である．これは，電力系統全体のコスト評価，運用性の評価など複雑な問題を含んでおり，技術的評価のみで時間が経過したのが原因である．

４－２　研究計画、目的外の成果

　このプロジェクト研究自体が今までにない新しい方向性で進めてきたものであり，研究計画や目的においてシステムから超伝導まで広範囲の領域を視野に入れている．その意味からは，大きな意味では，計画外，目的外の成果はない．
　しかしながら，一般的な電力技術者の固定概念を払拭するような動きを作ったことは，ある意味では予定外の成果といえる．しかし，この動きもまだまだ遅々としたものであり，今後ともこの方向性への理解への努力が必要と考えている．この例として以下に述べることが象徴的である．既存の電力系統機器は，ほぼ完成域に達しており，その機器定数も固定概念になっている．しかし，超伝導機器であれば，機器定数も大幅に違ったり，幅を持って選択できたりする．この考えを入れた論文を日本の学会に投稿したが，理解が得られなかった．しかし，国際会議に投稿し，非常に評価が高く採択されることとなった．今後このことが日本にフィードバックされ，電力技術そのものが大きく変貌を遂げることが期待される．
　また，個別の計算方法などに新しい概念が注入できたのも予定外と一つである．

４－３　研究成果の展望

　電気エネルギーの安定で且つ経済的な供給は重要な課題である．そのため，特に経済的観点から，電力自由化や分散電源の導入などが進められている．一方，負荷も多様化し，それらが電力系統に自由に接続できうることが要求されてきている．このとき，故障電流の増大や安定度の悪化を抑えることなしには，多様な負荷に対して経済的電気エネルギーの安定供給はあり得ない．このプロジェクトにおいて，超伝導技術を適用することが安定供給に寄与することが明らかとなった．これは，送電ネットワークを増強することなく，多種多様の電源からの供給可能性を示すものであり，その建設等に関わるエネルギー・環境負荷を大幅に低減できることを示している．また，安定供給指標を運転状態で把握でき，多様な電源と多様な負荷を安定に接続できるなどその導入効果が大きいことも示すことができた．さらに故障電流の抑制と安定度向上の二つの相反する課題に同時に解決することができると同時に新しい経済的なシステム構成も提案した．超伝導技術のさらなる効果的な応用があると考えている．
　超伝導技術導入によるシステム全体の高性能化に対する定量的な総合評価をするに至っていない．ここで示した効果は，いわゆる電力系統のアンシラリーサービスに寄与するものであり，現在その経済的評価ができていない．これは至急解決すべき新しい課題である．
　一方，超伝導自体が持つ高効率性や高密度性以外に，電力系統全体の高性能化がはかれる方向性を示すことは，超伝導材料開発・超電導応用技術の発展に大きなモチベーションを与えることとなり，その技術開発の加速度が増すことに貢献したと考える．
　さらに，超伝導機器の導入はシステムに新機能機器を出現させ，それらを含むシステム全体の計画・運用・制御方法・有効利用法の新たな展開が期待でき，システム技術，制御技術等々の発展に寄与すると考える．

４－４　本事業の趣旨に鑑み、果たした役割

　超伝導機器の開発は，元来，超伝導材料開発から機器開発へと進められてきた．このことは非常に需要である．それに加え，このプロジェクトではシステム全体からの側面から研究を行った．この方針は全く新しい側面からの研究であり，幅広い概念が必要であり，経費と年月も必要であり，未来開拓でなくして研究が行えなかったのではないかと考える．
　このような考え方や指針は徐々にではあるが理解を得られるようになってきた．最終年度ではあるが，超伝導の国際会議での招待講演や招待論文の依頼，超伝導の専門家による超伝導開発計画会議（米国ワシントン）への招待講演と議論への依頼などがその証左である．
　また，このプロジェクトのみの最終報告会において，米国・ヨーロッパ・アジアの超伝導の専門家からの今までの超伝導研究と違った方針とその結果に対して大きな賞賛を得たことからもこのプロジェクトが有意義であったことが見て取れる．
　これらに成果を含めた国際会議の開催を開くことができなかったことは，まことに遺憾極まりない．それは，我々の努力不足が大きいことは否めないが，このような方針が全く新しく，その理解に５年間が短かったこともある．しかしながら，今後もここでの個別的研究はもとより，システム全体として超伝導技術の有用性の啓蒙に努力することで国際的な理解も深まり，ますますこのような研究が盛んになると考えており，今後とも未来開拓事業としての成果をあげたいと考えている．
　また，超伝導技術のこのような立場からの研究は，超伝導の材料開発にはじまる基礎技術から超伝導機器の特長を生かしたその導入までのシステム技術の発展に寄与できると考える．最終的には超伝導技術を生かし，電力系統の大きな連係，その最終形態である国際連係も夢でなくなり，多様な電源と多様な負荷を連係した電力系統の効率的且つ柔軟な運用が可能となり，地球全体の環境負荷低減が図れると考えている．

全著者名	論文名
Y.Shirai, T.Nitta, and M.Yamada	Experimental Study on System Stability Evaluation in Parallel Running of a Superconducting Generator and a SMES
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
IEEE Trans. on Applied Superconductivity	1	???	???	2002(to be published)

全著者名	論文名
Y.Shirai, M.Taguchi, M.Shiotsu, H.Hatta, S.Muroya and T.Nitta	A Proposal of New Operating Procedure of Transformer Type Fault Current Limiter
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
IEEE Trans. on Applied Superconductivity	1	???	???	2002(to be published)

全著者名	論文名
Y.Shirai, K.Fujikawa, M.Shiotsu, H.Hatta, S.Muroya and T.Nitta	Recovery Process of a Transformer Type Superconducting Fault Current Limiter
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
IEEE Trans. on Applied Superconductivity	1	???	???	2002 (to be published)

全著者名	論文名
Hiroyuki Hatta, Shinichi Muroya, Tazo Nitta, Yasuyuki Shirai and Masaumi Taguchi	Experimental Study on Limiting Operation of Superconducting Fault Current Limiter in Double Circuit Transmission Line Model System
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
IEEE Trans. on Applied Superconductivity	1	???	???	2002 (to be published)

全著者名	論文名
Masakuni Chiba, Hisashi Uematsu and Tanzo Nitta	Characteristics of Surface Spark-over Voltage for Several Waveforms on Solid Insulator in Cryogenic Coolants
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
IEEE Trans. on Applied Superconductivity	1	???	???	2002 (to be published)

全著者名	論文名
Tanzo Nitta	Applied superconductivity for advanced electric power system(Invited)
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
Physica C	357-360	???	1245-1254	2001

全著者名	論文名
T.Nitta, S.Mohri, Y.Shirai, H.Taniguchi, Y.Kitauchi, Y.Morioka and K.Kawada	Experimental Study on On-line Grasp of Operating Condition of Longitudinal Power System by use of SMES
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
IEEE Trans. on Applied Superconductivity	11	1	1924-1927	2001

全著者名	論文名
Orges Gjini and Tanzo Nitta	Evaluation of Power System Stability by use of Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES)
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
Trans. IEE of Japan	121-B	10	1318-1324	2001

全著者名	論文名
J.Baba, T.Nitta, Y.Shirai, S.Akita, Y.Hayashi and Y.Kobayashi	Power Converter for SMES by use of ICB Energy Transfer Circuit
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
IEEE Trans. on Applied Superconductivity	11	1	1856-1859	2001

全著者名	論文名
馬場旬平，仁田旦三，白井康之，林幸夫，小林芳宏	ICBエネルギー転送回路における動作不安定性の解析―位相角によるリプル低減制御の安定性－
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
電気学会論文誌D（産業応用部門誌）	121‐D	4	484-492	2001

全著者名	論文名
Jumpei Baba, Tazo Nitta, Yasuyuki Shirai, Yukio Hayashi and Yoshihiro Kobayashi	Analysis on the Instability of ICB Energy Transfer Circuit during Ripple Reduction Operation,
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
Trans. IEE of Japan	121-D	4	484-492	2001

全著者名	論文名
Y.Shirai, K.Fujikawa, T.Kitagawa, M.Shiotsu, H.Hatta, S.Muroya, and T.Nitta	Study on Recovery Time of a Superconducting Fault Current Limiter with Adjustable Trigger Current Level
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
IEEE Trans. on Applied Superconductivity	11	1	2086-2089	2001

全著者名	論文名
K.Fujikawa, Y.Shirai, M.Shiotsu, T.Nitta, and H.Hatta	Study on Degradation of Trigger Current Level of Superconducting Fault Current Limiter of Transformer Type
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
IEEE Trans. on Applied Superconductivity	11	1	2410-2413	2001

全著者名	論文名
H.Hatta, T.Nitta, S.Muroya and T.Kitagawa	Experimental Study on Sudden-short-circuit Characteristic of Synchronous Generator with SCFCL
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
IEEE Trans. on Applied Superconductivity	11	1	2343-2346	2001

全著者名	論文名
八太啓行, 仁田旦三, 白井康之, 藤川一洋	動作開始電流調整可能な超電導限流器の限流動作中の特性とその設計に関する考察
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
電気学会論文誌B（電力エネルギー部門誌）	121‐B	10	1310-1317	2001

全著者名	論文名
Hiroyuki Hatta, Tanzo Nitta, Yasuyuki Shirai and Kazuhiro Fujikawa	Studies on Characteristics and Design of Superconducting Fault Current Limiter with Adjustable Trigger Current Level in Current Limiting Operation$Trans. IEE of Japan
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
121-B	10	1310-1317		2001

全著者名	論文名
T.Nitta, M.Chiba and H.Uematsu	The Relationship among AC Surface Spark-over Voltage$Specific Capacitance of Solid Insulator and Bubbles in LN2 and Lhe
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
IEEE Trans. on Applied Superconductivity	11	1	1773-1776	2001

全著者名	論文名
H.Ohsaki, N.Nozawa and Y.Kubo	Magnetic Bearings using Bulk Superconductors as a Field Shaping Material
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
IEEE Trans. on Applied Superconductivity	11	???	1669-1672	2001

全著者名	論文名
Y.Kubo, H.Ohsaki	Rotational Losses in the Superconducting Bearing Based on Magnetic Gradient Levitation Concept
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
Physica C	357-360	???	886-888	2001

全著者名	論文名
Y.Tsuboi, H.Ohsaki	Electromagnetic Phenomena in Bulk Superconductors Applied in a Rotating Machine During Transient State
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
Physica C	357-360	???	889-891	2001

全著者名	論文名
中島，木村，白井，仁田	超電導発電機の突発短絡故障時における電気的過渡特性の構造パラメータによる簡易表現
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
電気学会論文誌D	120	1	38-47	2000

全著者名	論文名
K.Nakajima,T.Kimura,Y.Shirai and T.Nitta	Explicit Relations betweenElectrical Transient Characteristics and Structure-parameter of Superconducting Generators under Sudden Short-circuit Faults
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
T.IEE Japan	120-D	1	38-47	2000

全著者名	論文名
T.Nitta, Y.Shirai, T.Okada, Y.Imai and Y.Kobayashi	High Response Excitation Control of Superconducting Generator for Stability of Superconducting Field Winding
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
IEEE Trans. on Applied Superconductivity	10	1	935-938	2000

全著者名	論文名
T.Nitta, M.Chiba, H.Uematsu	Characteristic of AC Surface Spark Voltage in LN2 and Lhe
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
IEEE Trans.on Applied Superconductivity	10	1	1325-1328	2000

全著者名	論文名
H.Ohsaki	Levitation Characteristics of magnetic Bearings using Bulk Superconductors as a Field Shaping Material
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
Advances in Superconductivity XII	???	???	788-793	2000

全著者名	論文名
Y.Shirai, D.Matsubara and T.Nitta	Experimental Study on Energy Transfer between Two Superconducting Magnets with Voltage Ripple Reduction Control
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
IEEE Trans. on Applied Superconductivity	V9	2	342-345	1999

全著者名	論文名
K.Fujikawa, Y.Shirai, T.Nitta, K.Hagiwara and T.Shibata	Experimental Study on Adjustability of Superconducting Fault Current Limiter with Adjustable Trigger Current Level
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
IEEE Trans. on Applied Superconductivity	9	2	1351-1354	1999

全著者名	論文名
Y.Shirai, K.Fujikawa, K.Hagiwara, T.Nitta and T.Shibata	Recovery Characteristics of Fault Current Limiter with Adjustable Trigger Current Level
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
IEEE Trans. on Applied Superconductivity	9	2	1381-1384	1999

全著者名	論文名
H.Ohsaki, Y.Fukasawa and N.Nozawa	Electromagnetic Force Characteristics of the Superconducting Bearing Based on the Magnetic Gradient Levitation Concept
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
Advances in Superconductivity XI	2	Springer	1333-1336	1999

B.国際会議発表論文（International Conferences）

全著者名	論文名
A.Yokoyama, F.Kawano and T.Nitta	A New Method for Determining Sub-Optimal Locations and Synchronous Reactances of Low-Response Excitation Type Superconducting Generators for Stability Enhancement in Multi-Machine Power System
会議名	開催場所	論文番号	ページ	発行年
PSCC 2002	???	???	???	2002(accepted)

全著者名	論文名
Y.Shirai, S.Takeda, K.Sato, T.Nitta, A.Uemura, Y.Miyake and H.Nishigaito	On-line Grasp of Load System Conditions with Distributed Generators by Use of SMES
会議名	開催場所	論文番号	ページ	発行年
PSCC 2002	???	???	???	2002(accepted)

全著者名	論文名
Y.Shirai and T.Nitta	On-Line Evaluation of Power System Stability by Use of SMES
会議名	開催場所	論文番号	ページ	発行年
IEEE PES Winter Meeting	New York	(CD-ROM)	???	2002

全著者名	論文名
Guohong Wu, Tanzo Nitta, Akihiko Yokoyama	Experiment on Construction and Characteristic of Digital Type Superconducting Generator Model for Analog Type Power System Simulator
会議名	開催場所	論文番号	ページ	発行年
Proc. of International Conf. on Electrical Engineering (ICEE2001)	Xi'an, China	1	210-214	2001

全著者名	論文名
Jumpei Baba, Tanzo Nitta, Yasuyuki Shirai, Yukio Hayashi and Yoshihiro Kobayashi	Power conditioning method for SMES by use of ICB energy transfer circuit
会議名	開催場所	論文番号	ページ	発行年
Proc. of 9th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE2001)	Graz	(CD-ROM)	???	2001

全著者名	論文名
H.Ohsaki, Y.Kubo	Rotational Losses in the Magnetic Bearings using Bulk Superconductors as a Field Shaping Material　JSAEM Studies in Applied Electromagnetics and Mechanics 9
会議名	開催場所	論文番号	ページ	発行年
Proc. of the 10th International Symposium on Applied Electromagnetics and Mechanics JSAEM	Tokyo	???	297-298	2001

全著者名	論文名
J.Baba, T.Nitta and Y.Shirai	Bypass Pair Problem Analysis on ICB Energy Transfer Circuit
会議名	開催場所	論文番号	ページ	発行年
International Power Electronics Conference (IPEC-Tokyo)	Tokyo	3	1579-1586	2000

全著者名	論文名
J.Baba, T.Nitta, Y.Shirai, Y.Hayashi, Y.Kobayashi	Through-Mode Problem Analysis on ICB Energy Transfer Circuit
会議名	開催場所	論文番号	ページ	発行年
9th International Conference and Exhibition on Power Electronics and Motion Control (EPE-PEMC)	???	2	142-147	2000

全著者名	論文名
A.Morandi, F.Negrini, T.Nitta, S.Ohshima and P.L.Ribani	Experimental Analysis and Circuit Model of an Inductive Type High Temperature Superconductor Fault Current Limiter
会議名	開催場所	論文番号	ページ	発行年
World Scientific.	???	???	???	2000

全著者名	論文名
H.Ohsaki, N.Nozawa	Superconducting Magnetic Bearings based on the Magnetic Gradient Levitation Concept
会議名	開催場所	論文番号	ページ	発行年
Proc. of the 4th European Conference on Applied Superconductivity (EUCAS 1999) IOP	Sitges, Spain	167	1083-1086	2000

全著者名	論文名
H.Ohsaki, Y.Kubo	Rotation Losses in the Magnetic Bearings using Bulk Superconductors as a Field Shaping Material
会議名	開催場所	論文番号	ページ	発行年
Proc. of the 4th Japan - Central Europe Joint Workshop on Energy and Information in Non-Linear Systems	???	???	168-171	2000

全著者名	論文名
Y.Shirai, K.Akita, K.Sekiya, T.Nitta, H.Ogawa and H.Nishigaito	On-Line Evaluation of Eigen-Vectors of Power Systems by Use of SMES
会議名	開催場所	論文番号	ページ	発行年
13th Power Systems Computation Conference	Fronheim,Norway	???	971-976	1999

全著者名	論文名
H.Ohsaki, Y. Fukasawa, N. Nozawa	Stabilization of Electromagnetic Force Acting on Iron by Field Shaping Function of Bulk Superconductors　Studies in Applied Electromagnetics and Mechanics Volume 18　Non-Linear Electromagnetic Systems
会議名	開催場所	論文番号	ページ	発行年
Proc. of ISEM '99, International Symposium on Non-Linear Electromagnetic Systems,IOS Press,Ohmsha	Pavia, Italy	???	215-218	1999

全著者名	論文名
H.Ohsaki, Y.Tsuboi	Study on Electric Motors with Bulk Superconductors in the Rotor
会議名	開催場所	論文番号	ページ	発行年
Proc. of the 1st Japanese-Greece Joint Workshop on Superconductivity and Magnetic Materials	???	???	48-52	1999

全著者名	論文名
T.Nitta, M.Chiba and T.Kashima	Characteristics of AC Surface Spark Voltage of Pipes Composed with High Strength Polyethylene Fiber Reinforced Plastic in Coolant
会議名	開催場所	論文番号	ページ	発行年
Proceeding of ICEC17	Bournemouth,UK	Section 6	279-282	1998

全著者名	論文名
Y.Shirai, T.Nitta, K.Akita and H.Nishikaito	Experimental Studies in Diagnosis of Operating Conditions of Power System by Use of SMES in Power System Simulator
会議名	開催場所	論文番号	ページ	発行年
Proc. of Advances in Power System Control, Operation & Management (APSCOM97)	Hong Kong	???	585-590	1997

全著者名	論文名
K.Fujikawa, Y.Shirai, T.Nishikawa, T.Nitta, M.Fukunishi and T.Shibata	Experimental Study on Superconducting Fault Current Limiter with Adjustable trigger Current Level
会議名	開催場所	論文番号	ページ	発行年
Proc. of 15th Int.Conf.on Magnet Technology	Beijing	2	571-575	1997

全著者名	論文名
T.Nitta, M.Chiba, T.Kashima and T.Takao	AC Surface Spark Voltage of Pipes Composed with High Strength Polyethylene Fiber Reinforced Plastics in Coolant
会議名	開催場所	論文番号	ページ	発行年
Proc. of 15th Int. Conf. on Magnet Technology	Beijing	1	1159-1162	1997

戻る

研究推進分野名		エネルギー利用の高効率化と環境影響低減化

研究プロジェクト名		超伝導技術の適用による電力系統の高性能化に関する基礎研究

（英文名）		Fundamental Studies on Advanced Electric Power Systems by Application of Superconductivity

研究期間		平成９年度～平成１３年度

プロジェクト・リーダー名		研究経費		５０５，３２７千円
氏名・所属研究機関所属部局・職名	仁田旦三・東京大学・大学院工学系研究科・教授	内訳	平成　９年度	１１１，１１９千円
			平成１０年度	１０１，６５６千円
			平成１１年度	１０３，００７千円
			平成１２年度	１０１，８６１千円
			平成１３年度	８７，６８４千円

氏名	所属機関・部局・職	研究プロジェクトでの役割分担
日髙　邦彦	東京大学・大学院工学系研究科・教授	電力系統へ導入するための超伝導機器
横山　明彦	東京大学・大学院工学系研究科・教授	超伝導機器が導入された電力系統
白井　康之	京都大学・大学院ｴﾈﾙｷﾞｰ科学研究科・助教授	超伝導機器が導入された電力系統
大崎　博之	東京大学・大学院新領域創成科学研究科・助教授	電力系統へ導入するための超伝導機器

平成１３年度日本学術振興会未来開拓学術研究推進事業研究成果報告書概要