CN102150318B - 二次电池的电力控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种向电力系统供给电力的互联系统的二次电池电力控制方法，所述互联系统具备：输出功率变化的发电装置；电力储藏补偿装置，其用于补偿发电装置的输出功率的变化，且具有二次电池及控制二次电池充放电的双向转换器。在二次电池中，附设有检测二次电池温度的温度检测部，当用温度检测部检测到的二次电池的温度超过事先设定的设定温度时，通过双向转换器限制所述二次电池的最大放电功率。

Description

二次电池的电力控制方法
技术领域
本发明涉及一种向电力系统供给电力的互联系统的二次电池的电力控制方法，所述互联系统具备风力发电装置等输出功率变化的发电装置和具有二次电池的电力储藏补偿装置。
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，在采用自然能源发电装置时，优选构筑互联(发电)系统，该系统组合了该自然能源发电装置和、以多个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，尤其是钠硫电池，其能量密度高、能在短时间内进行高输出且快速响应性突出，因此，通过同时设置用于控制充电及放电的双向转换器，使得适合于补偿在几百m秒—几秒下可能发生的自然能源发电装置的输出变化。换言之，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多个钠硫电池为构成元件。
图3是表示使用将风力发电装置和电力储藏保障装置组合的互联系统时，风力发电装置的功率及运转计划值随时间变化的一例的图表。如图3所示，在处于不向电力系统供给电力的(1)的时间带(例如夜间)时，将由风力发电装置发出的电力充入电力储藏保障装置。另一方面，在处于向电力系统供给电力的(2)的时间带(例如白天)时，将由风力发电装置发出的电力供给于电力系统，并且关于未达到运转计划值的不足电力部分，由电力储藏保障装置放电而向电力系统供给。但是，在组合了风力发电装置和电力储藏保障装置的互联系统中，如图3所示的那样，风力发电装置的输出功率时常变化。因此，实际情况是，为吸收该输出功率的变化，构成电力储藏保障装置的二次电池的充放电模式并不恒定。
另外，虽然没有与后述的本发明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和2。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2003-317808号公报
专利文献2：特开2008-84677号公报
发明内容
如上所述，在组合了输出功率时常变化的风力发电装置等发电装置和电力储藏保障装置的互联系统中，有时出现构成电力储藏保障装置的二次电池的充放电模式不恒定、根据风力发电装置的发电状况而持续大功率放电的情况。
如果举出作为二次电池使用钠硫电池时的例子，则当持续大功率放电时，内部温度上升。通常，通过加热器等加热装置将钠硫电池的温度保持在约300℃。但是，内部温度进一步上升，超过一定温度(例如约370℃)时，为保护电池，需强制停止放电。然而，组合了发电装置和电力储藏保障装置的互联系统是，由电力储藏保障装置放出的电力来补偿来自发电装置的电力未达到运转计划值的不足部分的系统，因此不能说停止强制放电是个好现象。
另外，即使没有出现达到强制停止放电程度的温度上升现象，如果在一定程度的高温条件下持续运转(从钠硫电池放电)，则有加速钠硫电池的劣化的悬念。因此，估计互联系统有时难以长期稳定地向电力系统供给电力。
本发明是鉴于现有技术存在的这样的问题而做出的，其目的在于，提供一种能抑制二次电池的劣化、并能使可以长期稳定地向电力系统供给电力的互联系统有效运转的二次电池的电力控制方法。
本发明人为达到所述目的而潜心钻研的结果，发现以下事实：在二次电池上附设检测其温度的温度检测部，当用该温度检测部检测到的二次电池的温度超过事先设定的设定温度时，通过限制二次电池的最大放电功率来能解决所述课题，由此完成了本发明。
即，根据本发明，能提供如下所示的二次电池的电力控制方法。
(1)一种二次电池的电力控制方法，对向电力系统供给电力的互联系统的所述二次电池的电力进行控制，所述互联系统具备：输出功率变化的发电装置；电力储藏补偿装置，其用于补偿所述发电装置的输出功率的变化，且具有二次电池及控制所述二次电池充放电的双向转换器；其中，在所述二次电池，附设有检测所述二次电池温度的温度检测部，当用所述温度检测部检测到的所述二次电池的温度超过事先设定的设定温度时，通过所述双向转换器限制所述二次电池的最大放电功率。
(2)所述(1)记载的二次电池的电力控制方法，将所述设定温度设定成多段，以将所限制的所述二次电池的最大放电功率随温度向高温变化而阶段性地降低。
(3)所述(1)或(2)记载的二次电池的电力控制方法，将限制所述二次电池的最大放电功率的限幅条件作为数字信息，并从所述温度检测部传送该数字信息至所述双向转换器。
(4)所述(1)-(3)的任一项记载的二次电池的电力控制方法，将限制所述二次电池的最大放电功率的限幅条件作为模拟信息，并从所述温度检测部传送该模拟信息至所述双向转换器。
(5)所述(1)-(4)的任一项记载的二次电池的电力控制方法，所述二次电池由具有多个单电池的多个模块电池构成，所述温度检测部附设于多个所述模块电池的各个模块电池，且抽取检测到的温度中的最高温度作为所述二次电池的温度。
(6)所述(5)记载的二次电池的电力控制方法，，将抽取的所述最高温度的模拟值从所述温度检测部传送至所述双向转换器，根据传送来的所述最高温度的模拟值，通过所述双向转换器限制所述二次电池的最大放电功率。
(7)所述(1)-(6)的任一项记载的二次电池的电力控制方法，所述二次电池为钠硫电池。
(8)所述(1)-(7)的任一项记载的二次电池的电力控制方法，所述发电装置为使用一种以上选自风力、太阳光、及地热的自然能源的自然能源发电装置。
在本发明的二次电池的电力控制方法中，在温度检测部检测到的二次电池的温度超过事先设定的设定温度时，通过双向转换器限制二次电池的最大放电功率。因此，若根据本发明的二次电池的电力控制方法，则不会出现如下情况，即：在高温条件下持续进行基于二次电池的最大输出的运转。因此，能抑制二次电池的劣化，并能长期稳定地向电力系统供给电力。另外，若根据本发明的二次电池的电力控制方法，则出现非强制停止放电不可的情况的可能性极低，因此，能使互联系统有效运转而向电力系统供给电力。
附图说明
图1是表示具备其输出功率变化的发电装置及电力储藏补偿装置的互联系统的一例的系统结构图。
图2是表示决定互联系统中对于钠硫电池(电力储藏补偿装置)整体的电力基准控制量的逻辑关系的方框图。
图3是表示使用组合了风力发电装置和电力储藏保障装置的互联系统时，风力发电装置的电力及运转计划值随时间变化的一例的图表。
图4是表示在本发明的二次电池的电力控制方法中使用的互联系统的一例的系统结构图。
图5是表示在本发明的二次电池的电力控制方法中使用的互联系统的其他例子的系统结构图。
附图标记说明
1：电力系统、3，23：钠硫电池、4：双向转换器、5，15，25：电力储藏补偿装置、6：辅助装置、7，17：风力发电装置、8：互联系统、9：变压器、10，20：温度检测部、13：单电池、14：双向转换器控制部、21：模块电池、30，40：电池控制部、31：比例积分控制器、32：比例控制器、34：限幅器、35，36：过滤器、45：限幅条件、50：最高温度(Tmax)的模拟值、141，142，143，145：功率表
具体实施方式
以下对本发明的实施方案进行说明，但应理解为，本发明并不会被以下实施方案所限定，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而对以下实施方案进行适当改变、改良等的实施方案也属于本发明的范围。
本发明的二次电池的电力控制方法是控制向电力系统供给电力的互联系统的二次电池电力的方法，该互联系统具备：输出功率变化的发电装置；具有二次电池的电力储藏补偿装置，用于补偿该发电装置的输出功率的变化。在本说明书中，所谓“二次电池”是指在控制单位上与其他电池相区别的二次电池，并不是由单电池数、模块电池数、输出的大小等决定的。例如，二次电池为钠硫电池，以该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一个钠硫电池来使用。虽然最好二次电池(钠硫电池)全部为相同的额定容量，但不必一定相同。
在本说明书中，有时将“输出功率”只用“输出”来表示。
首先，对向电力系统供给电力的互联系统进行说明。图1表示具备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的系统结构图。如图1所示，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。电力储藏补偿装置5具有：作为二次电池的钠硫电池3，其能储藏电力并能进行输入输出；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No.1-No.m(m为大于1的整数)的m系列风力发电装置7及No.1-No.n(n为大于1的整数)的n系列钠硫电池3(电力储藏补偿装置5)。
将包含于1个电力储藏补偿装置5的钠硫电池3整体作为一个钠硫电池3(或模块电池)来使用。另外，在一般的互联系统中附加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，但在图1所示的互联系统8中将其省略。在本发明的二次电池的电力控制方法中，这些辅助装置等的电力，可以视为包含于输出变化的发电装置(风力发电装置7)所发出的电力中(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142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143测定的功率Pw，不过其包括用功率表145测定的辅助装置6的功率PH)的输出变化。更具体地，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(用功率表141测定的功率PT)满足PT＝Pw+PN＝恒定(PN＝PT-Pw)，从而将互联系统8整体输出的功率PT(也称为总功率PT)变成稳定的质量良好的功率，并供向例如在配电变电站和电力需要者之间的电力系统1。此外，辅助装置6中包括钠硫电池3的加热器或控制用电源等。
在互联系统8中，根据由风力发电装置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。更具体地，通过控制钠硫电池3的充电(即功率-PN)，使由功率表142测定的功率PN为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变成0。
将钠硫电池3进行放电及充电时的任意一种情况下，基于来自风力发电装置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的控制量(控制目标值)使钠硫电池3进行充电或放电，以输入或输出用来补偿风力发电装置7输出的功率，从而吸收风力发电装置7的输出变化。由于该互联系统8能够使用几乎不排出二氧化碳的自然能源发电装置(风力发电装置7)及钠硫电池3(电力储藏补偿装置5)来供给稳定而质量良好的功率，因此可以说是理想的发电装置。
图3是表示决定互联系统中相对于钠硫电池(电力储藏补偿装置)整体的功率基准控制量的逻辑关系的方框图。如图3所示，通过相加以下两个值能求出功率基准控制量Ps，其中一个值通过以下方法得到，即：以运转计划值Pp减去由风力发电装置所发的功率Pw得到的值为基础，通过比例控制器32进行比例操作，并通过限幅器34去掉设定值以上的值；另一个值通过以下方法得到，即：以运转计划值Pp减去现时(欲求出功率基准控制量Ps的时点)的总功率PT得到的值为基准，通过比例积分控制器31进行比例操作及积分操作。为补偿风力发电装置的输出变化，该功率基准控制量Ps相当于给予全部钠硫电池的应该输入输出的功率。
接着，参照附图对本发明的二次电池的电力控制方法的一个实施方案进行说明。图4是表示本发明的二次电池的电力控制方法中使用的互联系统的一例的系统结构图。如图4所示的互联系统具备：风力发电装置17和补偿风力发电装置17的输出功率变化的电力储藏补偿装置15。该电力储藏补偿装置15具备钠硫电池3(模块电池21)、及控制钠硫电池3的充放电的双向转换器4。另外，钠硫电池3(模块电池21)由多个单电池13串并联连接而构成。
在钠硫电池13中，附设有检测钠硫电池13的温度的温度检测部10。附设该温度检测部10的位置，只要是实质上能检测钠硫电池13的温度及其变化的位置就可以，另外，对附设位置数目并无特别限定。
在互联系统运转时，用温度检测部10检测到的钠硫电池13的温度超过事先设定的设定温度时，通过双向转换器4来限制钠硫电池13的最大放电功率。更具体地，用温度检测部10检测到的有关钠硫电池13的温度的信息被传送至电池控制部30。在电池控制部30中，决定限制钠硫电池13的最大放电功率的限幅条件45。决定的限幅条件45从温度检测部10及电池控制部30传送至双向转换器控制部14。另外，基于传送来的限幅条件45，双向转换器4工作，从而限制钠硫电池13的最大放电功率。
此外，从温度检测部10(电池控制部30)传送至双向转换器4(双向转换器控制部14)的限幅条件45可以是根据“限幅器1、限幅器2、…、限幅器n”等的设定温度而事先确定的数字信息，也可以只是模拟信息。
在表1中，表示了对于钠硫电池的温度(检测温度)，最大放电功率的限幅器的设定例。钠硫电池13的温度通常能保持在约300℃。因此，在电池温度超过300℃时，就有必要限制最大放电功率。在表1中，在钠硫电池13的温度为320℃以下时，相对于额定功率＝100％，设定最大放电功率为120％(即最大输出)。另外，检测温度超过320℃之后，将最大放电功率阶段性地每10℃减少20％。最终，检测温度超过360℃时，停止为保护钠硫电池13而进行的放电。
表1
如表1所示，将设定温度设定成多段，以将所限制的钠硫电池13的最大放电功率随着检测温度向高温变化而阶段性地降低，从而具有以下优点，即：能有效地抑制钠硫电池13的劣化，并很难出现从最大输出状态到突然强制停止放电状态这样的急剧变化，能更稳定地向电力系统1供给电力。
图5表示本发明的二次电池的电力控制方法中使用的互联系统的其他例子的系统结构图。图5所示的互联系统具备风力发电装置17和电力储藏补偿装置25。该电力储藏补偿装置25具备钠硫电池23、及控制钠硫电池23的充放电的双向转换器4。另外，钠硫电池23由多个模块电池21构成。此外，这些多个模块电池21，虽然未特别图示，但其分别具有串并联连接的多个单电池。
在多个模块电池21中分别附设有温度检测部20。另外，在互联系统运转时，抽取由温度检测部20检测到的温度(T1、T2、…、Tn)中的最高温度(Tmax)作为钠硫电池23的温度，当抽取的最高温度(Tmax)超过事先设定的设定温度时，通过双向转换器4限制钠硫电池23的最大放电功率。
当钠硫电池23由多个模块电池21构成时，有时随模块电池21的配置状况及运转状况、以及构成各个模块电池的单电池的配置状况及运转状态而产生温度分布。因此，如上所述，抽取最高温度(Tmax)作为钠硫电池23的温度来限制最大放电功率，就能根据钠硫电池23的实际温度状态进行精细的操作。
此外，用温度检测部20检测到的有关模块电池21温度的信息(T1、T2、…、Tn)被传送至电池控制部40。在电池控制部40中，抽取检测到的温度(T1、T2、…、Tn)中的最高温度(Tmax)。另外，优选地，将抽取的最高温度(Tmax)的模拟值50从电池控制部40传送至双向转换器控制部14，根据传送来的最高温度(Tmax)的模拟值50，通过双向转换器4来限制钠硫电池23的最大放电功率。即，通过在双向转换器4侧构成用来设定限制钠硫电池23的最大放电功率的条件(限幅条件)的结构，就能够根据发电装置的发电状况进行精细的操作，该发电装置使用输出功率时刻变化的自然能源。
更具体地，其具有可以根据发电装置的发电状况在双向转换器4侧灵活处理的优点，例如一时性地放宽(提高最大放电功率)限幅条件，或关于最大放电功率的限幅条件的适用，根据需要在容许的范围内进行延迟从而反映到控制中。
作为构成恰当地采用了本发明二次电池的电力控制方法的互联系统的发电装置，除了至此为止叙述的使用风力的自然能源发电装置之外，还可以列举使用太阳光的自然能源发电装置、使用地热的自然能源发电装置等。此外，也可以是组合了风力、太阳光、及地热中的两种以上的自然能源的发电装置。
产业上利用的可能性
本发明的二次电池的电力控制方法在向电力系统供给电力的互联系统中，可以作为控制构成电力储藏补偿装置的钠硫电池等二次电池的方法来利用，所述互联系统具备使用风力、太阳光、地热等自然能源且输出变化的发电装置和电力储藏补偿装置。

Claims (8)

1.一种钠硫电池的电力控制方法，对向电力系统供给电力的互联系统的多个钠硫电池的电力进行控制，所述互联系统具备：输出功率变化的发电装置；电力储藏补偿装置，其用于补偿所述发电装置的输出功率的变化，且具有所述多个钠硫电池及控制所述多个钠硫电池充放电的双向转换器；其中， 
在所述多个钠硫电池，分别附设有用于检测钠硫电池温度的温度检测部， 
将由所述多个温度检测部检测到的温度中的最高温度作为钠硫电池的温度提取，当所述钠硫电池的温度超过事先设定的设定温度时，通过所述双向转换器将所述多个钠硫电池的最大放电功率阶段性地每10℃减少20%， 
其中，所述设定温度被设定成多段，以使所限制的所述多个钠硫电池的最大放电功率随温度变高而阶段性地降低。 
2.权利要求1所述的钠硫电池的电力控制方法，将限制所述多个钠硫电池的最大放电功率的限幅条件作为数字信息，并从所述多个温度检测部传送该数字信息至所述双向转换器。 
3.权利要求1所述的钠硫电池的电力控制方法，将限制所述多个钠硫电池的最大放电功率的限幅条件作为模拟信息，并从所述多个温度检测部传送该模拟信息至所述双向转换器。 
4.权利要求1—3任一项所述的钠硫电池的电力控制方法，所述多个钠硫电池为分别具有多个单电池的多个模块电池， 
所述多个温度检测部附设于多个所述模块电池的各个模块电池，且抽取检测到的温度中的最高温度作为所述钠硫电池的温度。 
5.权利要求4所述的钠硫电池的电力控制方法，将抽取的所述最高温度的模拟值从所述温度检测部传送至所述双向转换器， 
根据传送来的所述最高温度的模拟值，通过所述双向转换器限制所述多个钠硫电池的最大放电功率。 
6.权利要求1—3任一项所述的钠硫电池的电力控制方法，所述发电装置为自然能源发电装置，其采用的自然能源选自风力、太阳光及地热中的一种或两种以上。 
7.权利要求4所述的钠硫电池的电力控制方法，所述发电装置为自然能源发电装置，其采用的自然能源选自风力、太阳光及地热中的一种或两种以上。 
8.权利要求5所述的钠硫电池的电力控制方法，所述发电装置为 自然能源发电装置，其采用的自然能源选自风力、太阳光及地热中的一种或两种以上。 
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