JP2003317763A - レドックスフロー電池システムの運転方法 - Google Patents

レドックスフロー電池システムの運転方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 風力発電機に併設されたレドックスフロー電
池システムから系統への出力を安定化することができ、
電池効率を改善できるレドックスフロー電池システムの
運転方法を提供する。 【解決手段】 風力発電機10と、この風力発電機に併設
されるレドックスフロー電池30と、このレドックスフロ
ー電池に接続される交直変換器40とを具える。風力発電
機の過去の一定期間内における出力に第一の平均化処理
を施す。この第一平均化処理結果から現在の風力発電機
の出力を減じた結果により交直変換器40への入出力指令
値を決定する。入出力指令値の符号を考慮することなく
変位量を求める変位量演算処理を施す。さらに変位量演
算処理結果に第二の平均化処理を施す。そして、この第
二平均化処理結果に基づいて、レドックスフロー電池の
電解液を循環させるポンプPの出力指令値を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、風力発電機を含む
レドックスフロー電池システムの運転方法に関するもの
である。特に、風力発電機の出力を安定化し、レドック
スフロー電池の電池効率を改善できるレドックスフロー
電池システムの運転方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、風力発電機の利用が進んでいる。
風力発電機は、自然の風を利用して発電を行っており、
環境に及ぼす影響が非常に小さい点で好ましい発電機で
ある。一方、風力発電機は、その動力が不確定な風であ
るため、出力も文字通り風まかせで不安定なものとな
る。この不安定な出力を安定化するため、風力発電機に
蓄電池を組み合わせることも考えられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、風力発電機と
蓄電池を組み合わせた場合でも、系統側への十分な出力
の安定化を図ることは難しく、さらにはシステム効率の
面でも好ましくない。
【０００４】通常、あるしきい値を設け、風力発電機の
出力がしきい値を上回る場合は、余剰電力で蓄電池を充
電し、風力発電機の出力がしきい値を下回る場合は、不
足電力分を蓄電池の放電で補う。しかし、実際の風力発
電機の出力は非常にばらつきが大きく、蓄電池は予測さ
れない不規則充放電を強いられることになり、系統側へ
の十分な出力の安定化を図ることが難しい。
【０００５】例えば、風力発電機にレドックスフロー電
池を組み合わせることを考えた場合、通常は風力発電機
の定格出力と同等の定格出力を有するレドックスフロー
電池を用意することになる。ところが、風力発電機の出
力は、秒〜分オーダでの不規則な変動をしており、平均
としてみれば定格の数十％程度となることが多い。その
ため、電池への充放電出力もピーク値として定格になる
ものの平均的には定格の数十％程度となる。レドックス
フロー電池には、電解液を循環させるためのポンプの運
転に伴うロスが生じ、常にポンプを動かして一定流量で
運転すると、その損失が大きく、システムとしての効率
が低下するという問題があった。
【０００６】従って、本発明の主目的は、風力発電機に
併設されたレドックスフロー電池システムから系統への
出力を安定化することができ、電池効率を改善できるレ
ドックスフロー電池システムの運転方法を提供すること
にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明では、風力発電機
にレドックスフロー電池を組み合わせ、風力発電機の出
力を平均化処理し、この処理結果を元に電解液を循環さ
せるポンプ出力も調整することで上記の目的を達成す
る。
【０００８】すなわち、風力発電機と、この風力発電機
に併設されるレドックスフロー電池と、このレドックス
フロー電池に接続される交直変換器とを具えるレドック
スフロー電池システムの運転方法である。前記風力発電
機の過去の一定期間内における出力に第一の平均化処理
を施す。この第一平均化処理結果から現在の風力発電機
の出力を減じた結果により交直変換器への入出力指令値
を決定する。前記入出力指令値の符号を考慮することな
く変位量を求める変位量演算処理を施す。さらに変位量
演算処理結果に第二の平均化処理を施す。そして、この
第二平均化処理結果に基づいて、前記レドックスフロー
電池の電解液を循環させるポンプの出力指令値を決定す
ることを特徴とする。
【０００９】風力発電機の過去の一定期間内における出
力を平均化処理して、交直変換器への入出力指令値を決
定することで、系統への出力を安定化することができ
る。
【００１０】また、時々刻々変化する交直変換器への入
出力指令値に応じて、常に最適な電解液量で運転するこ
とにより不要なポンプ動力が低減され、電池システムの
総合エネルギー効率を向上することができる。ポンプの
出力指令値は、ポンプの回転数を制御したり、運転台数
を制御したり種々の方法が考えられる。
【００１１】前記第一または第二平均化処理は、移動平
均演算やローパスフィルター演算が好適である。図6に
平均化処理の方法についての説明図を示す。移動平均演
算は次の式により行う。 Y(n)＝Y(n−1)＋｛X(n)−X(n−N)｝／N … Y(n) ：現在の平均化処理出力値 Y(n−1) ：1サンプリング前の平均化処理出力値 X(n) ：現在の平均化処理入力値（現在の風力発電の
出力値） X(n−N) ：Nサンプリング前の平均化処理入力値（Nサ
ンプリング前の風力発電の出力値） N ：サンプル数 LPF（ローパスフィルター）演算は次の式により行
う。 Y(n)＝Y(n−1)＋｛X(n)−Y(n−1)｝／N …
【００１２】また、変位量演算処理は、交直変換器へ
の入出力指令値の絶対値をとること、交直変換器への
入出力指令値の二乗値をとること、交直変換器への入
出力指令値の二乗値の平方根をとることなどが挙げられ
る。つまり、交直変換機の入出力指令値をZ（t）とする
と、以下の数値をとることで変位量を求める。 絶対値…｜Z（t）｜ ２乗値…｛Z（t）｝2 rms値…√｛Z（t）｝2
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は本発明運転方法を適用するレドックスフロ
ー電池システムを示す概略説明図、図２は同方法の前段
処理の説明図、図３は同方法の後段処理の説明図であ
る。
【００１４】このシステムは、風力発電機10と、風力発
電機10の電力が供給される負荷側の系統20と、風力発電
機10と系統との間に交直変換器40を介して接続されるレ
ドックスフロー電池30を具えている。この電池30には、
ポンプPにより正負電解液が各々正極、負極に流通され
る。
【００１５】レドックスフロー電池30は、例えば特開平
4-4568号公報や特開2001-43883号公報に示されるセル構
造を持っている。本例では、多数のセルを積層してセル
スタックとして構成している。
【００１６】そして、風力発電の出力には第一の平均化
処理が施される。つまり、一定のサンプリング間隔で出
力をモニタし、所定の時定数で得られた出力値について
ローパスフィルター演算を施す。そして、現在の風力発
電機の出力値から平均化処理出力値を減じた結果を交直
変換器への入出力指令値とする。
【００１７】次に、この入出力指令値に符号を考慮する
ことなく変位量を求める変位量演算処理を施す。ここで
は、入出力指令値の絶対値をとった（絶対値処理）。
【００１８】続いて、入出力指令値の絶対値に所定の時
定数で第二の平均化処理を施す。ここでは、第二の平均
化処理として移動平均処理を行った。第二の平均化処理
を行う理由は、入出力指令値は数秒〜数分程度の不規則
変動をしており、そのままでは、数秒オーダーの応答時
間であるポンプの制御には使えないからである。例え
ば、図4に示すように、出力と必要流量を比例関係とし
て制御する。より具体的には、入出力指令値の絶対値
（ここでは０〜170kW）はポンプの回転数（例えば35〜5
0Hz）に比例しており、入出力指令値の絶対値に基づい
てポンプの回転数を決定する。
【００１９】（試験例）定格出力がAC275kWの風力発電
機と、AC170kW×6時間の時間容量のレドックスフロー電
池とを用い、時定数60秒にてローパスフィルター演算
（第一の平均化処理）を行って交直変換器への入出力指
令とする。
【００２０】そして、この入出力指令値の絶対値をと
り、この絶対値を時定数60秒で移動平均演算（第二の平
均化処理）を行う。さらに、入出力指令値の絶対値とポ
ンプ回転数の相関関係からポンプ回転数に換算する。
【００２１】その際の風力発電出力、交直変換器（レド
ックスフロー電池）出力、系統側出力、電池充電状態を
図5のグラフに示す。交直変換器出力において、正は放
電、負は充電を示している。このグラフから明らかなよ
うに、風力発電出力は非常に大きなばらつきのあり、交
直変換器出力は風力発電機の出力とトレードオフの関係
に出力されている。そして、第一平均化処理を行うこと
で、系統側への出力が平滑化できていることがわかる。
【００２２】また、定格出力に対応した一定の流量でポ
ンプを駆動している場合のポンプ出力が大きい。これに
対して、第二の平均化処理を用いて交直変換器の入出力
指令値に応じたポンプ出力とした場合（ポンプの平均化
処理）、ポンプの出力を大幅に低減することができ、電
池効率を向上できることがわかる。定格出力に対応した
一定の流量でポンプを駆動している場合、電池効率は50
％以下であったが、本発明方法で運転した場合、電池効
率は60％以上であった。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明運転方法に
よれば、風力発電機の出力に平均化処理を行うことで、
系統側への出力を安定化することができる。
【００２４】また、平均化処理に加え、ポンプの運転を
交直変換器の入出力指令値に対応して決定することで、
電池効率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明運転方法を適用するレドックスフロー電
池システムを示す概略説明図である。
【図２】本発明運転方法を適用するレドックスフロー電
池システムの前段処理を示す概略説明図である。
【図３】本発明運転方法を適用するレドックスフロー電
池システムの後段処理を示す概略説明図である。
【図４】交直変換器の出力とポンプ流量との関係を示す
グラフである。
【図５】本発明方法により運転した場合の時間と出力の
関係を示すグラフである。
【図６】平均化処理方法を示す説明図である。
【符号の説明】
10 風力発電機 20 系統 30 レドックスフロー電池 40 交直変換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｊ 7/00 ３０３ Ｈ０２Ｊ 7/00 ３０３Ｂ // Ｈ０２Ｐ 9/00 Ｈ０２Ｐ 9/00 Ｆ (72)発明者 隈元 貴浩 大阪市此花区島屋一丁目１番３号 住友電 気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 出口 洋成 大阪市此花区島屋一丁目１番３号 住友電 気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 徳田 信幸 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 Ｆターム(参考） 3H078 AA02 AA26 BB06 BB11 CC01 CC22 CC32 CC73 5G003 AA07 CC02 DA07 GB06 5H026 AA10 RR01 5H027 AA10 DD01 KK00 MM02 MM27 5H590 AA02 AA30 CA14 CE01 EB14 HA06

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 風力発電機と、この風力発電機に併設さ
    れるレドックスフロー電池と、このレドックスフロー電
    池に接続される交直変換器とを具えるレドックスフロー
    電池システムの運転方法であって、 前記風力発電機の過去の一定期間内における出力に第一
    の平均化処理を施し、 第一平均化処理出力値から現在の風力発電機の出力値を
    減じた結果により交直変換器への入出力指令値を決定
    し、 前記入出力指令値の符号を考慮することなく変位量を求
    める変位量演算処理を施し、 さらに変位量演算処理結果に第二の平均化処理を施し、 この第二平均化処理結果に基づいて、前記レドックスフ
    ロー電池の電解液を循環させるポンプの出力指令値を決
    定することを特徴とするレドックスフロー電池システム
    の運転方法。
  2. 【請求項２】 前記第一または第二の平均化処理は、移
    動平均演算であることを特徴とする請求項１に記載のレ
    ドックスフロー電池システムの運転方法。
  3. 【請求項３】 前記第一または第二の平均化処理は、ロ
    ーパスフィルター演算であることを特徴とする請求項１
    に記載のレドックスフロー電池システムの運転方法。
  4. 【請求項４】 変位量演算処理は、交直変換器への入出
    力指令値の絶対値をとることを特徴とする請求項1に記
    載のレドックスフロー電池システムの運転方法。
  5. 【請求項５】 変位量演算処理は、交直変換器への入出
    力指令値の二乗値をとることを特徴とする請求項1に記
    載のレドックスフロー電池システムの運転方法。
  6. 【請求項６】 変位量演算処理は、交直変換器への入出
    力指令値の二乗値の平方根をとることを特徴とする請求
    項1に記載のレドックスフロー電池システムの運転方
    法。
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