CN102144328B - 钠硫电池的控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种钠硫电池的控制方法，基于天气信息，将补正或再设定钠硫电池的放电深度的时期规定在一定期间内，并在该时期内补正或再设定钠硫电池的放电深度。根据该钠硫电池的控制方法，在小规模互联系统中能够更精确地控制钠硫电池的放电深度。

Description

钠硫电池的控制方法
技术领域
本发明涉及一种适用于小规模互联系统的钠硫电池的控制方法。所谓小规模互联系统是指，组合了风力发电装置等其输出变化的发电装置、和具有小额定容量钠硫电池的电力储藏补偿装置并向电力系统供给电力的系统。
背景技术
近年来，用风力，太阳光，地热等发电的自然能源发电装置引人注目，并投入实际应用。自然能源发电装置是一种不使用石油等有限资源而使用自然存在的无穷无尽的能源，无污染的发电装置，该发电装置能抑制二氧化碳的排放，因此，从防止地球变暖的观点出发，引入该装置的企业、自治体等正在增加。
但是，由于从自然界获得的能源是时刻变化的，因此，要将自然能源发电装置普及化，则存在无法避免输出功率变化的问题。
因此，为消除这个问题，并且为使输出变为恒定，在采用自然能源发电装置时，构筑互联(发电)系统，该系统组合了该自然能源发电装置和以二次电池为主要构成元件的电力储藏补偿装置。
二次电池中的钠硫电池具有能量密度高，能在短时期内进行高输出且快速响应性突出这样的优点。因此，通过同时设置用于控制充电及放电的双向转换器，能补偿在几百m秒—几秒下可能发生的自然能源发电装置的输出变化。因此，可以认为，对自然能源发电装置组合了电力储藏补偿装置的互联系统是优选的发电系统，其中，所述电力储藏补偿装置以钠硫电池为构成元件。
另外，虽然没有与本申请具有相同课题的现有技术，但作为技术内容相关的例子，例如可以列举专利文献1(特开2003-317808号公报)和专利文献2(特开2008-084677号公报)。
发明内容
但是，一直以来，在以钠硫电池作为构成元件的电力储藏补偿装置中，钠硫电池的例如放电深度通过以下方法求出并进行管理，即：基于初期设定的放电深度，将充电、放电的电流值输入于顺序控制器等控制装置来进行加减(例如充电为加法运算，放电为减法运算等)并进行累计计算。
但是，由双向转换器控制充电及放电的电流值和实际电流值之间产生微小误差，并且由电流值的模拟/数字变换也产生微小误差，并且由于在顺序控制器中长时间累计计算电流值，这些误差也被累计起来。因此，对构成电力储藏补偿装置的钠硫电池而言，如果长期运转互联系统，则实际的放电深度和控制装置管理的管理值之间怎么都会产生偏差。
因此，在所述互联系统中，为了精确地控制构成电力储藏补偿装置的钠硫电池的放电深度(或为剩余容量)，有必要补正或再设定放电深度的管理值。
当钠硫电池作为负载均衡系统中电力储藏补偿装置的主要构成元件而使用时，所述偏差不会成为问题。在负载均衡系统中，例如，白天结束傍晚时达到放电末期，或黑夜结束日出时达到充电末期，这些时候，就能够对钠硫电池进行放电深度的管理值的补正或再设定，从而消除所述偏差。
但是，与自然能源发电装置相组合的电力储藏补偿装置中，通常，不适宜使钠硫电池达到放电末期或充电末期，那是因为不容易补正或再设定放电深度管理值。究其原因，达到放电末期的钠硫电池，在此之后，直至充入一定量的电为止，无法用于补偿放电方向的变化功率，同样，达到充电末期的钠硫电池，在此之后，直至放出一定量的电为止，无法用于补偿充电方向的变化功率。
一方面，由于自然能源发电装置的发电电力是变化的，因此电力储藏补偿装置中频繁地重复电力的输入或输出，构成电力储藏补偿装置的钠硫电池也连续地重复进行充放电。因此，在与自然能源发电装置一起构成互联系统的钠硫电池中，与适用于负载均衡系统时相比，所述偏差容易变得更大，而且使更精确地进行放电深度的管理变得更困难。
在钠硫电池使用时，如果实际放电深度和管理值之间产生偏差，就会引起以下问题，因而不适合，即：当实际放电深度和管理值之间产生偏差时，突然达到充电末期而不能继续充电，或突然达到放电末期而不能继续放电，致使在补偿自然能源发电装置的输出变化过程中该补偿被停掉。
本发明是鉴于上述问题而做出的，其课题是提供一种在互联系统中精确地管理钠硫电池的放电深度的方法，该互联系统组合了其输出变化的自然能源发电装置和将钠硫电池作为构成元件的电力储藏补偿装置。
此外，专利文献2中提出了一种在大规模互联系统中精确地控制钠硫电池放电深度的方法。所谓大规模互联系统就是，组合了其输出变化的发电装置和具有多个(大容量)钠硫电池的电力储藏补偿装置并向电力系统供给电力的系统。
但是，例如，在向孤岛或限定的一定区域的电力系统供给电力的小规模互联系统中，用多个控制单位设置钠硫电池的方法从成本上考虑并不适合。
因此，本发明的再一个课题是提供一种，在小规模互联系统中也可以有效使用的钠硫电池放电深度的控制方法，该小规模互联系统通过组合具有小额定容量钠硫电池的电力储藏补偿装置形成。
重复研究的结果发现：以天气信息为基础，将补正或再设定放电深度的时期规定在一定期间内，该放电深度是构成电力储藏补偿装置的钠硫电池的放电深度，并且在该特定时期内补正或再设定钠硫电池的放电深度，由此能够解决所述课题。具体地，根据本发明提供了以下方法。
即，根据本发明提供一种钠硫电池的控制方法，所述钠硫电池在组合了其输出变化的发电装置和电力储藏补偿装置并向电力系统供给电力的互联系统中，构成电力储藏补偿装置且用于补偿发电装置的输出变化，其中，基于天气信息，将补正或再设定所述钠硫电池的放电深度的时期规定在一定期间内，并在该时期内补正或再设定钠硫电池放电深度。
本发明钠硫电池的控制方法是特别适用于小规模互联系统的方法，有时，电力储藏补偿装置(钠硫电池)和被供电的电力系统都是小规模。所谓小规模钠硫电池是指，例如额定输出在2MW以下，或1MW以下，进一步在800kW以下的电池。另外，所谓电力系统一般是指电力设备的组合体，由该词能想到大规模的电力系统，但是本说明书的电力系统，只要是传送能量的装置，也包括在孤岛等中使用的、其发电装置只由柴油机构成的这样小规模电力系统。
所谓天气信息是指配设有该互联系统的区域的天气信息，当其输出变化的发电装置为风力发电装置时，相当于风速或风向等信息，当为太阳光发电装置时，相当于阴晴(其变化)或日照时间等信息。在本发明的钠硫电池的控制方法中，优选地，不仅基于天气信息而且还基于季节信息，将补正或再设定钠硫电池放电深度的时期规定在一定期间内。那是因为，例如太阳能，其是随季节变化的。
本说明书中，作为钠硫电池的系列单元，将由一个控制系统控制的钠硫电池作为1系列，而不是由单电池、电池块(block)、模块(module)等的个数或输出的大小来决定。当由钠硫电池构成电力储藏补偿装置时，将由一个双向转换器控制下的钠硫电池作为1系列钠硫电池来使用。
本发明的钠硫电池的控制方法中，优选地，所述一定期间为1个月(一个月)以内。
更有选地，所述一定期间为2周以内，特别优选地，所述一定期间为1周以内。
本发明的钠硫电池的控制方法中，优选地，为了迎接补正或再设定钠硫电池的放电深度的时期，通过将互联系统的输出目标值设定成高于以补偿电力为目的时设定的输出目标值，或将钠硫电池的充放电目标值设定成高于以补偿电力为目的时设定的充放电目标值，引导钠硫电池达到放电末期，并通过检测放电末期，补正或再设定放电深度的管理值。
或者是，优选地，为了迎接补正或再设定钠硫电池的放电深度的时期，通过将互联系统的输出目标值设定成低于以补偿电力为目的时设定的输出目标值，或将钠硫电池的充放电目标值设定成低于以补偿电力为目的时设定的充放电目标值，引导钠硫电池达到充电末期，并通过检测充电末期，补正或再设定放电深度的管理值。
本发明的钠硫电池的控制方法中，所谓以补偿电力为目的时设定的输出目标值是指，继续补偿(自然能源)发电装置的输出变化、使互联系统的输出恒定的充电功率或放电功率的值。放电末期或充电末期的检测能够通过基于电池电压的公知装置来进行。
本说明书中，提高钠硫电池的充放电目标值意味着向放电侧进行位移，降低意味着向充电侧位移。互联系统的输出目标值和其输出变化的发电装置的输出值之差会成为钠硫电池的放电目标值或充电目标值，因此在本发明中，使互联系统的输出目标值高于通常的输出目标值、和使钠硫电池的充放电目标值高于通常的充放电目标值是相同的意思；同样地，在本发明中，使互联系统的输出目标值低于通常的输出目标值低、和使钠硫电池的充放电目标值高于通常的充放电目标值是相同的意思。
本发明的钠硫电池的控制方法，适合适用于，所述输出变化的发电装置是使用自风力、太阳光、地热中的一种或两种自然能源的自然能源发电装置的情况。
例如，当其输出变化的发电装置为风力发电装置时，本发明的钠硫电池的控制方法为如下：所述钠硫电池在组合了风力发电装置和电力储藏补偿装置向电力系统供给电力的互联系统中，构成电力储藏补偿装置且用于补偿风力发电装置的输出变化，其中，基于风速、风向等信息，将补正或再设定钠硫电池放电深度的时期规定在一定期间内，并在该时期内补正或再设定钠硫电池放电深度。
本说明书中所谓补正或再设定放电深度管理值是指消除实际放电深度和控制值之间的偏差。本说明书中，虽然用放电深度管理值的补正或再设定来表示，但也可仅以补正、再设定表示，其意相同。另外，如果能正确管理放电深度，则能知道剩余容量，因此在本说明书中，能够用剩余容量来替换放电深度。
本发明的钠硫电池的控制方法，基于天气信息，将补正或再设定钠硫电池放电深度的时期规定在一定期间内，并在该时期内补正或再设定钠硫电池放电深度，因此能够抑制对互联系统输出的影响，同时消除钠硫电池实际放电深度和控制值之间的偏差。由于能够定期补正或再设定放电深度，因此能够精确地管理构成电力储藏补偿装置的钠硫电池的放电深度，从而不会产生如下问题：突然达到充电末期而不能继续充电，或突然达到放电末期而不能继续放电，致使无法补偿自然能源发电装置的输出变化。
例如，其输出变化的发电装置为风力发电装置时，根据风速、风向等信息或根据需要基于季节信息，如果预测到在(例如)1周以内，会出现(例如)连续有强风的时期、连续无风时期、及有稳定风速的风的时期中的任一时期，就将该任一时期规定为补正或再设定钠硫电池的放电深度的时期。当预测到连续有强风的时期时，因为有必要在此时期进行充电，在该时期到之前，为了迎接该时期，通过将互联系统的输出目标值设定成高于通常的输出目标值，或将钠硫电池的充放电目标值设定成高于通常的充放电目标值，引导钠硫电池达到放电末期，并通过检测放电末期，补正或再设定所述放电深度管理值。当预测到连续无风的时期时，因为有必要在此时期进行放电，在该时期到之前，为了迎接该时期，通过将互联系统的输出目标值设定成低于通常的输出目标值，或将钠硫电池的充放电目标值设定成低于通常的充放电目标值，引导钠硫电池达到充电末期，并通过检测充电末期，补正或再设定所述放电深度管理值。当预测到有稳定风速的风的时期时，通过检测充电末期及放电末期中的任一状态就能够对放电深度管理值进行补正或再设定。而且，如果像这样选择放电深度管理值的补正或再设定时期，则即使在该时期钠硫电池达到充电末期及放电末期中任一个状态从而未能补偿风力发电装置的输出变化，也能够抑制对互联系统输出的影响。
若根据本发明的钠硫电池的控制方法，则放电深度管理值一定会在一定期间内对被补正或再设定。从而，通过使用由本发明的钠硫电池的控制方法所控制的钠硫电池的电力储藏补偿装置，能够长期地补偿自然能源发电装置的输出变化，从而显著提高互联系统长期运转的可靠性。
根据本发明的钠硫电池的控制方法，由于能够对钠硫电池进行放电深度管理值的补正或再设定，因此没必要将钠硫电池分成多个系列(控制系列)来设置，也没必要设置备用系列，因此能够构筑更廉价的电力储藏补偿装置，从而即使对于小规模互联系统在成本方面较突出。
本发明的钠硫电池的控制方法，在组合发电装置和电力储藏补偿装置并向电力系统供给电力的互联系统中，作为对构成电力储藏补偿装置的钠硫电池的控制方法来使用，其中，所述发电装置使用了风力、太阳光、地热等自然能源且其输出变化。
附图说明
图1是表示包括其输出变化的发电装置和电力储藏补偿装置的互联系统的一例的系统构成图。
图2是用于说明本发明的钠硫电池的控制方法的图表，并且是表示钠硫电池的运转时间表的图表。
图3是表示风力发电装置的输出和互联系统的输出目标值的一例的图表。
图4是表示风力发电装置的输出和互联系统的输出目标值的一例的图表，而且是表示与图3相比提高了互联系统的输出目标值的例子的图表。
附图标记说明
1电力系统
3钠硫电池
4双向转换器
5电力储藏补偿装置
7风力发电装置
8互联系统
9变压器
41、42、43功率表
51a、51b互联系统的输出目标值曲线
52风力发电装置的输出曲线
53充电侧差分(互联系统的输出目标值(曲线)与风力发电装置的输出(曲线)之间的差分，也是钠硫电池呈充电侧的差分)
54放电侧差分(互联系统的输出目标值(曲线)与风力发电装置的输出(曲线)之间差分，钠硫电池呈放电侧的差分)
具体实施方式
以下，在适当参照附图的同时对本发明的实施方案进行说明，但本发明不应解释为被这些实施方案所限定。在不超出本发明的宗旨的范围内，基于本领域技术人员的普通技术知识，可以对其进行种种变更、修改、改良、替换。例如，虽然附图表示本发明优选实施方案，但是本发明并不被附图表示的方案或附图表示的信息所制限。经实施和验证本发明，虽然可以适用与本说明书中记载的方法相同的方法或等同的方法，但是优选方法为以下所述的方法。
首先，对互联系统进行说明。图1所示的系统构成图表示具备其输出变化的发电装置及电力储藏补偿装置的互联系统的一例。图1所示的互联系统8具备：将风力转为风车转动而使发电机转动的风力发电装置7(自然能源发电装置)和电力储藏补偿装置5。另外，电力储藏补偿装置5具有：作为二次电池的钠硫电池3，其能储藏电力并将其输出；具有直流/交流转换功能的双向转换器4；变压器9。双向转换器4例如可以由斩波器(chopper)和变换器(inverter)构成，或者由变换器构成。互联系统8具备1系列风力发电装置7及1系列钠硫电池3(电力储藏补偿装置5)。
一般在互联系统中加有私人发电装置作为发电装置，还有作为负荷的钠硫电池的加热器或其他辅助装置，但在互联系统8中将其省略。在本发明的钠硫电池的控制方法中，这些辅助装置等的电力，可以视为包含于其输出变化的发电装置(风力发电装置7)所发的电力中(增加或减少的功率)。
在互联系统8中，在电力储藏补偿装置5中进行钠硫电池3的放电，用功率表42测定的功率PN补偿由风力发电装置7所发的功率(用功率表43测定的功率Pw)的输出变化。具体地，通过控制钠硫电池3的放电(即功率PN)使互联系统8整体输出的功率满足(用功率表41测定的功率PT)PT＝Pw+PN＝恒定(PN＝PT-Pw)，从而使互联系统8整体输出的功率PT(也称为总功率PT)成为稳定而质量良好的功率，并将其供给于例如在配电变电站和电力需要者之间的电力系统1。
另外，在互联系统8中，基于由风力发电装置7所发的功率Pw的输出变化，在电力储藏补偿装置5中进行钠硫电池3的充电。具体地，通过控制钠硫电池3的充电(即功率-PN)，使由功率表42测定的功率PN达到PN＝-Pw，从而消耗变化的功率Pw，能使互联系统8整体输出的功率PT有可能成为0。
在钠硫电池3进行放电及充电的任意一种情况下，基于风力发电装置7的输出(功率Pw)，在电力储藏补偿装置5中通过改变双向转换器4的控制目标值使钠硫电池3充电或放电，以输入或输出用来补偿风力发电装置7输出的电力，从而吸收风力发电装置7的输出变化。
其次，参照图2-图4，对钠硫电池3的控制方法进行说明。在此，对以下情况下的钠硫电池3的控制方法进行说明：图1所示的互联系统8中，在保持与系统的交易功率PT为恒定，同时对钠硫电池3进行充放电，并且基于风速、风向等信息，当预测为在1周以内会出现有风速稳定的风的时期(图2中期间C)时，在此时期对钠硫电池3的放电深度进行补正或再设定。
图2是用于说明钠硫电池3的控制方法的图表，图2表示钠硫电池3的运转时间表。图2中，横轴为时间轴，表示有期间A、B、C、D。在图2的纵轴上表示有钠硫电池3的电池电压及放电深度、双向转换器4的控制动作(充电方向或放电方向)。即，图2是将电池电压、放电深度及双向转换器4的控制动作在同一个时间轴上表示的图表。而且，图3及图4是表示将风力发电装置7的输出、和由风力发电装置7和电力储藏补偿装置5(钠硫电池3)构成的互联系统8的输出目标值的一例的图表，图3是期间A的图表，图4是期间B的图表。
在图3及图4中分别表示，风力发电装置7的输出曲线52和，同时期的由风力发电装置7和电力储藏补偿装置5(钠硫电池3)构成的互联系统8的输出目标值曲线51a、51b。此外，在这些图3及图4中，为使容易理解输出目标值曲线51a、51b的不同，因而画出同一输出曲线52，并且作为一例，图4示出的输出目标值曲线51b是通过将图3示出的输出目标值曲线51a(使输出变高(大))平行移动得到的。
当风力发电装置7的输出比互联系统8的输出目标值高时，钠硫电池3进行充电，当风力发电装置7的输出比互联系统8的输出目标值低时，钠硫电池3进行放电。通过该钠硫电池的充放电动作来补偿风力发电装置7的输出变化。
具体地，图3及图4中，互联系统8的输出目标值曲线51a、51b与风力发电装置7的输出曲线52之间的差分(图中的充电侧差分53或放电侧差分54)就是由钠硫电池3进行的充电或放电的功率。将该功率值作为双向转换器4的控制目标值(kW)重复钠硫电池3的充放电。随着双向转换器4的控制目标值的变化(也就是互联系统8的输出目标值在变)，钠硫电池3随双向转换器4的控制目标值变化时，互联系统8的输出如互联系统8的输出目标值曲线51a、51b那样缓慢变化，但是由于风力发电装置7的大的输出变化被吸收，因此成为输出更平滑稳定的发电装置。
控制钠硫电池3，使其在期间A随互联系统8的输出目标值曲线51a进行通常的充放电操作。即，钠硫电池3继续补偿风力发电装置7的输出变化，为使互联系统8的输出恒定，钠硫电池3将其放电深度维持在中间附近(例如50％±20％)的同时进行充放电。
而且，基于风速、风向等的信息或季节信息，预测为在1周以内会出现有风速稳定的风的时期(期间C)时，为了迎接期间C而提高互联系统8的输出目标值，以使电池在该时期(期间C)处于放电末期。这就是钠硫电池3在期间B的动作。即，在期间B将输出目标值从输出目标值曲线51a变更为输出目标值曲线51b。也就是，输出目标值曲线51b是基于使钠硫电池3在期间C开始就达到放电末期的输出目标值的曲线。将输出目标值变更到输出目标值曲线51b时，如图4所示，互联系统8的输出目标值曲线51b和风力发电装置7的输出曲线52之间的差分就只是放电侧差分54，因此引导钠硫电池3达到放电末期。
在期间C一旦检测到放电末期，可以当即补正或再设定钠硫电池3的放电深度管理值。而且，之后在期间D进行充电，一定量的充电结束后，就返回通常的充放电操作(期间A)。
产业上的利用可能性
本发明适合作为适用于小规模互联系统的钠硫电池的控制方法而使用。

Claims (3)

1.一种钠硫电池的控制方法，所述钠硫电池在组合了其输出变化的发电装置和电力储藏补偿装置并向电力系统供给电力的互联系统中，构成所述电力储藏补偿装置且用于补偿所述发电装置的输出变化，其中，
基于天气信息，将补正或再设定所述钠硫电池的放电深度的时期规定在一定期间内，并在该时期内补正或再设定钠硫电池放电深度，
为了迎接补正或再设定所述钠硫电池的放电深度的时期，通过将所述互联系统的输出目标值设定成高于以补偿电力为目的时设定的输出目标值，或将所述钠硫电池的充放电目标值设定成高于以补偿电力为目的时设定的充放电目标值，引导钠硫电池达到放电末期，并通过检测放电末期，补正或再设定所述放电深度的管理值，或者，
为了迎接补正或再设定所述钠硫电池的放电深度的时期，通过将所述互联系统的输出目标值设定成低于以补偿电力为目的时设定的输出目标值，或将所述钠硫电池的充放电目标值设定成低于以补偿电力为目的时设定的充放电目标值，引导钠硫电池达到充电末期，并通过检测充电末期，补正或再设定所述放电深度的管理值。
2.权利要求1所述的钠硫电池的控制方法，所述一定期间为1个月以内。
3.权利要求1或2所述的钠硫电池的控制方法，所述输出变化的发电装置是使用风力、太阳光、地热中的一种或两种以上的自然能源的自然能源发电装置。
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