WO2010038667A1 - ナトリウム－硫黄電池の制御方法 - Google Patents

ナトリウム－硫黄電池の制御方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling a sodium-sulfur battery, and more particularly, to a power system by combining a power generation device such as a wind power generation device whose output fluctuates and a power storage compensation device having a plurality of sodium-sulfur batteries.
  • the present invention relates to a method for controlling a sodium-sulfur battery in a grid-connected system that supplies electric power.
  • Natural energy power generation equipment is a clean power generation equipment that uses natural and inexhaustible energy sources without using limited resources such as oil, and can suppress carbon dioxide emissions. Therefore, the number of companies and local governments to be introduced is increasing.
  • the natural energy power generation apparatus since the energy from the natural world fluctuates every moment, the natural energy power generation apparatus has an obstacle to the spread that the fluctuation of the output is inevitable. Therefore, in order to remove this obstacle, when a natural energy power generation device is adopted, the natural energy power generation device and a power storage compensation device including a plurality of sodium-sulfur batteries (secondary batteries) as main components are provided. It is preferable to construct a combined interconnection (power generation) system.
  • Sodium-sulfur batteries have high energy density, high output in a short time, and excellent high-speed response.
  • a bidirectional converter that controls charging and discharging, several hundred meters It has the advantage of being able to compensate for fluctuations in the output of the natural energy generator that can occur on the order of seconds to several seconds. Therefore, it can be said that an interconnection system in which a natural energy power generation device is combined with a power storage compensation device including a plurality of sodium-sulfur batteries as a constituent device is a desirable power generation system.
  • the present invention has been made in view of such problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a sodium-sulfur battery capable of compensating for fluctuations in natural energy over a wide range. It is to provide a control method.
  • the present inventors are able to achieve the above object by controlling the sodium-sulfur battery so that it is in an intermediate state that is neither at the end of charging nor at the end of discharging. As a result, the present invention has been completed.
  • the following control method for a sodium-sulfur battery is provided.
  • the power storage compensation device is configured in an interconnected system that supplies power to the power system by combining a power generation device that varies in output and a power storage compensation device, and compensates for fluctuations in the output of the power generation device.
  • a method for controlling a sodium-sulfur battery wherein one of the sodium-sulfur batteries among the plurality of sodium-sulfur batteries reaches the end of discharge from another sodium-sulfur battery when the end of discharge is reached.
  • One sodium-sulfur battery is charged, and when one sodium-sulfur battery in the plurality of sodium-sulfur batteries reaches the end of charge, the one sodium-sulfur reached the end of charge.
  • the battery is discharged to charge another sodium-sulfur battery, and all of the plurality of sodium-sulfur batteries are in a state where neither the end of charge nor the end of discharge is reached.
  • Sodium compensate for variations in the output of the controlled so while the power generation device - the control method of sulfur battery.
  • the method for controlling a sodium-sulfur battery according to the present invention is such that when one sodium-sulfur battery among the plurality of sodium-sulfur batteries reaches the end of discharge, it reaches the end of discharge from another sodium-sulfur battery. When one of the sodium-sulfur batteries reaches the end of charging, the one sodium-sulfur battery that has reached the end of charging is discharged. Then, the other sodium-sulfur batteries are charged and controlled so that all of the plurality of sodium-sulfur batteries do not reach either the end of charge or the end of discharge.
  • 5 is a graph showing an example of a time-series change in electric power when a sodium-sulfur battery that has reached the end of discharge is charged.
  • 6 is a graph showing an example of a time-series change in electric power when a sodium-sulfur battery other than a sodium-sulfur battery that has reached the end of discharge is discharged. It is a graph which shows an example of the time-sequential change of the electric power which the wind power generator generated.
  • 5 is a graph showing an example of a time-series change in electric power when a sodium-sulfur battery that has reached the end of discharge is charged.
  • 6 is a graph showing an example of a time-series change in electric power when a sodium-sulfur battery closest to the end of charging is discharged.
  • 5 is a graph showing an example of a time-series change in electric power when a sodium-sulfur battery is charged and discharged.
  • 3 is a graph showing a correlation between a battery remaining capacity ratio (%) and a battery voltage (V) in a sodium-sulfur battery.
  • the system configuration diagram shown in FIG. 1 represents an example of an interconnection system having a power generation device whose output fluctuates and a power storage compensation device.
  • the interconnection system 8 shown in FIG. 1 includes a wind power generation device 7 (natural energy power generation device) that turns wind power into wind turbine rotation and a power storage compensator 5.
  • the power storage compensation device 5 includes a sodium-sulfur battery 3 that is a secondary battery capable of storing and outputting power, a bidirectional converter 4 having a DC / AC conversion function, and a transformer 9.
  • the bidirectional converter 4 can be composed of, for example, a chopper and an inverter, or an inverter.
  • the wind power generator 7 is No. 1-No. m (m is an integer greater than 1)
  • the sodium-sulfur battery 3 (power storage compensator 5) is No. 1-No.
  • There are n series (n is an integer greater than 1).
  • one (one) sodium-sulfur battery constituting a plurality of sodium-sulfur batteries refers to a sodium-sulfur battery that is divided from the others by a control unit. It is not determined by the number of single cells, the number of module batteries, the size of output, or the like.
  • a sodium-sulfur battery constitutes a power storage compensation device
  • a sodium-sulfur battery placed under the control of one bidirectional converter is treated as one sodium-sulfur battery.
  • the sodium-sulfur batteries are preferably all of the same rated capacity, but are not necessarily the same.
  • the sodium-sulfur battery 3 included in one power storage compensation device 5 is handled as one sodium-sulfur battery 3 as a whole.
  • a private power generation device is added as a power generation device, and a sodium-sulfur battery heater and other auxiliary devices exist as loads, but the interconnection system 8 omits them.
  • these may be considered as those included (added or subtracted) included in the power generated by the power generator (wind power generator 7) whose output varies.
  • the power PT output as the entire interconnection system 8 is made stable and of high quality, for example, distribution substations and power consumers Supplied to the power system 1 in between.
  • the sodium-sulfur battery 3 is charged in the power storage compensator 5 in accordance with the output fluctuation of the electric power PW generated by the wind power generator 7.
  • the power storage compensator 5 inputs the power to compensate the output based on the output (electric power P W ) from the wind power generator 7 or
  • the sodium-sulfur battery 3 is charged or discharged by changing the control target value of the bidirectional converter 4 so as to be output, and the output fluctuation of the wind power generator 7 is absorbed. Since the natural energy power generation device (wind power generation device 7) and the sodium-sulfur battery 3 (power storage compensation device 5) that emit almost no carbon dioxide can be used to supply stable and high-quality power, the interconnection system 8 is It can be said that this is a preferable power generation system.
  • the sodium-sulfur battery 3 is charged while maintaining the transaction power PT with the grid at 8 MW (power sales target 31).
  • the control of the sodium-sulfur battery 3 when discharged (one embodiment of the control method of the sodium-sulfur battery of the present invention) will be described.
  • the horizontal axis is the time axis and represents time t.
  • the sodium-sulfur battery 3 (power storage compensation device 5) is No. 1-No. 4 and the rated input power of one sodium-sulfur battery 3 is 2 MW.
  • FIG. 2A is a graph showing an example of the output of the wind turbine generator 7.
  • the vertical axis represents the power P W measured by the wattmeter 43.
  • FIG. 2B is a graph showing a state where the sodium-sulfur battery 3 that has reached the end of discharge is charged with power discharged from another sodium-sulfur battery 3 in the same time zone as FIG. 2A. 2B, the vertical axis represents the power P N1 measured by the power meter 44.
  • FIG. 2C is a graph showing an example of the output of the sodium-sulfur battery 3 other than the sodium-sulfur battery 3 that has reached the end of the discharge in the same time zone as FIG. 2A.
  • the outputs of the three sodium-sulfur batteries 3 other than the sodium-sulfur battery 3 reaching the end of the discharge are all the same, and all are shown in FIG. 2C.
  • the vertical axis represents the powers PN2 to 4 measured by the wattmeter 44.
  • Power P N2 to 4 means “power P N2 , power P N3, or power P N4 (power P N2 to P N4 )”.
  • the graphs shown in FIGS. 2A to 2C show that when one sodium-sulfur battery 3 reaches the end of discharge, all the other three sodium-sulfur batteries 3 are evenly discharged and reach the end of discharge. -Charging the sulfur battery 3 to compensate for fluctuations in the output of the power generator while controlling so that all of the plurality of sodium-sulfur batteries do not reach either the end of charge or the end of discharge. Indicates the state. As shown in FIG. 2B and FIG. 2C, the sodium-sulfur battery 3 that has reached the end of discharge has “other batteries among the powers P N2 to P N4 discharged from the other three sodium-sulfur batteries 3. The portion of “discharging 52” is charged as electric power PN1 .
  • the sodium-sulfur battery 3 that has reached the end of discharge is not maintained for a long time in the end of discharge, and is immediately returned to the intermediate state (the state that is neither the end of charge nor the end of discharge). Variations can be compensated over a wide range.
  • all the sodium-sulfur batteries 3 other than the sodium-sulfur battery 3 that has reached the end of discharge are discharged and charged to the sodium-sulfur battery 3 that has reached the end of discharge.
  • some of the sodium-sulfur batteries 3 other than the sodium-sulfur battery 3 that has reached the end of discharge may be discharged to charge the sodium-sulfur battery 3 that has reached the end of discharge.
  • discharge for charging the sodium-sulfur battery that has reached the end of discharge is preferably all equal, It does not have to be equal.
  • the sodium-sulfur battery 3 that has reached the end of discharge is charged with the electric power discharged from the other three sodium-sulfur batteries 3, and the remaining capacity ratio of all four sodium-sulfur batteries is 20% to 80% (intermediate) It is preferable to be controlled so as to be in a state). In the method for controlling a sodium-sulfur battery of the present invention, it is preferable that the sodium-sulfur battery is controlled so as to be maintained at the intermediate stage.
  • the time for charging the power discharged from the other three sodium-sulfur batteries 3 to the sodium-sulfur battery 3 that has reached the end of the discharge is as short as possible. It is preferable that charging is performed within 1 to 1800 seconds after detecting the end of discharge. It may be difficult in actual operation to make it shorter than 1 second. If it is longer than 1800 seconds, there may be an effect that the power compensation operation cannot be performed.
  • the one sodium-sulfur battery that has reached the end of charging is discharged and the other three sodium -It is preferable to charge all sulfur batteries equally.
  • the sodium-sulfur battery 3 that has reached the end of charging may be discharged to charge all the sodium-sulfur batteries 3 other than the sodium-sulfur battery 3 that has reached the end of charging.
  • the sulfur battery 3 may be discharged to charge some of the sodium-sulfur batteries 3 in the sodium-sulfur battery 3 other than the sodium-sulfur battery 3 that has reached the end of charging.
  • charging to a plurality of sodium-sulfur batteries 3 other than the sodium-sulfur battery 3 that has reached the end of charging (charging of the power discharged from the sodium-sulfur battery that has reached the end of charging) must be all equal. Is preferable, but it may not be equal.
  • FIG. 4 is a graph showing the correlation between the battery remaining capacity ratio (%) (also simply referred to as remaining capacity ratio) and the battery voltage (V) in the sodium-sulfur battery 3. Since the remaining capacity ratio represents the ratio (%) of the dischargeable capacity (Ah) to the rated capacity (Ah) of the sodium-sulfur battery, the discharge capacity (Ah) that has already been discharged is the rated capacity (Ah). ⁇ (100-remaining capacity ratio (%)) As is apparent from the correlation curve 21 in FIG.
  • the battery voltage (also simply referred to as voltage) is constant regardless of the remaining capacity ratio when the remaining capacity ratio is approximately 40 to 90%. Maintained.
  • the remaining capacity rate becomes approximately 95% (that is, when the discharge capacity becomes approximately 5% of the rated capacity)
  • the voltage increases. Therefore, if the voltage at the remaining capacity ratio that is desired to be set as the end of charging is set in the range where the voltage rises, it is determined that the charging is at the end when charging proceeds and reaches that voltage. It is possible. Also, as shown in FIG. 4, since the voltage changes (decreases) at the end of the discharge, similarly, it is possible to detect the end of the discharge by setting the voltage at the remaining capacity ratio to be set as the end of the discharge. Become.
  • the power generation device whose output fluctuates is a natural energy power generation device using one or more natural energy among wind power, sunlight, and geothermal heat.
  • the sodium-sulfur battery 3 is charged while maintaining the transaction power PT with the grid at 8 MW (power sale target 31).
  • the control of the sodium-sulfur battery 3 when discharged (another embodiment of the control method of the sodium-sulfur battery of the present invention) will be described.
  • the horizontal axis is a time axis and represents time t.
  • the sodium-sulfur battery 3 (power storage compensation device 5) is No. 1-No. 4 and the rated input power of one sodium-sulfur battery 3 is 2 MW.
  • FIG. 3A is a graph showing an example of the output of the wind turbine generator 7.
  • the vertical axis represents the power P W measured by the wattmeter 43.
  • FIG. 3B shows that the sodium-sulfur battery 3 that has reached the end of discharge in the same time zone as FIG. 3A is discharged from the other sodium-sulfur battery 3 (the sodium-sulfur battery 3 in the state closest to the end of charge). It is a graph which shows the state which is charging the last electric power. 3B, the vertical axis represents the power P N1 measured by the power meter 44.
  • FIG. 3C shows an example of the output of the sodium-sulfur battery 3 in the state closest to the end of charge among the sodium-sulfur batteries 3 other than the sodium-sulfur battery 3 that has reached the end of discharge in the same time zone as FIG. 3A. It is a graph to show. In Figure 3C, the vertical axis represents the power P N2 measured by the power meter 44.
  • FIG. 3D excludes the sodium-sulfur battery 3 that is closest to the end of charge among the three sodium-sulfur batteries 3 other than the sodium-sulfur battery 3 that has reached the end of discharge in the same time zone as FIG. 3A.
  • 4 is a graph showing an example of outputs of two sodium-sulfur batteries 3.
  • the sodium-sulfur battery 3 in the state closest to the end of charge among the three sodium-sulfur batteries 3 other than the sodium-sulfur battery 3 that has reached the end of discharge described above is used.
  • the outputs of the two removed sodium-sulfur batteries 3 are the same, and both are expressed as in the graph shown in FIG. 3D.
  • the vertical axis represents power PN3 , 4 measured by the wattmeter 44.
  • the "power P N3,4" which means "power P N3 or power P N4".
  • the graphs shown in FIGS. 3A to 3D show that when one sodium-sulfur battery 3 reaches the end of discharge, the sodium-sulfur battery 3 in the state closest to the end of charge among the other three sodium-sulfur batteries 3 is shown.
  • the sodium-sulfur battery 3 that has been discharged from the battery and charged to the end of the discharge is charged, and control is performed so that all of the plurality of sodium-sulfur batteries have not reached either the end of charge or the end of discharge.
  • the state where the fluctuation of the output of the power generator is compensated is shown. As shown in FIGS.
  • the sodium-sulfur battery 3 that has reached the end of discharge is charged with the electric power discharged from the one sodium-sulfur battery 3 in the state closest to the end of charge.
  • the sodium-sulfur battery 3 that has reached the end of discharge is not maintained for a long time in the end of discharge, and is immediately returned to the intermediate state (the state that is neither the end of charge nor the end of discharge). Variations can be compensated over a wide range. Further, from FIG.
  • the sodium-sulfur battery 3 that has reached the end of charging is discharged, and the power is supplied to the other.
  • One of the three sodium-sulfur batteries 3 in the state closest to the end of discharge was charged, and all of the plurality of sodium-sulfur batteries reached either the end of charge or the end of discharge. It is preferable to compensate for fluctuations in the output of the power generation device while controlling so that there is no state. In this case, the remaining two sodium-sulfur batteries 3 compensate for the output of the wind power generator 7.
  • the charging / discharging of the two sodium-sulfur batteries 3 that compensate the output of the wind power generator 7 is preferably equal, but it may not be equal.
  • the points other than those described above are preferably the same as in the above-described embodiment of the sodium-sulfur battery control method of the present invention.
  • the method for controlling a sodium-sulfur battery according to the present invention supplies power to an electric power system by combining a power generation device that uses natural energy such as wind power, solar light, and geothermal power, and a power storage compensation device. In the interconnected system, it can be used as a method for controlling a plurality of sodium-sulfur batteries constituting the power storage compensator.

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Abstract

　出力が変動する発電装置と電力貯蔵補償装置とを組み合わせて電力系統へ電力を供給する連系システムにおいて電力貯蔵補償装置を構成し発電装置の出力の変動を補償する、複数のナトリウム－硫黄電池の制御方法であって、複数のナトリウム－硫黄電池の中の一のナトリウム－硫黄電池が、放電末に達したときに、他のナトリウム－硫黄電池から放電末に達した一のナトリウム－硫黄電池に対して充電を行い、複数のナトリウム－硫黄電池の中の一のナトリウム－硫黄電池が、充電末に達したときに、充電末に達した一のナトリウム－硫黄電池を放電して他のナトリウム－硫黄電池に対して充電を行って、複数のナトリウム－硫黄電池の全てが充電末及び放電末のいずれにも達していない状態になるように制御するナトリウム－硫黄電池の制御方法である。このナトリウム－硫黄電池の制御方法は、自然エネルギーの変動を広い範囲に亘って補償することが可能である。

Description

ナトリウム－硫黄電池の制御方法
　本発明はナトリウム－硫黄電池の制御方法に関し、更に詳しくは、風力発電装置等の出力が変動する発電装置と、複数のナトリウム－硫黄電池を有する電力貯蔵補償装置と、を組み合わせて電力系統へ電力を供給する連系システムにおける、ナトリウム－硫黄電池の制御方法に関する。
　近年、風力、太陽光、地熱等から電力を作り出す自然エネルギー発電装置が注目を集め、実用化されている。自然エネルギー発電装置は、石油等の限りある資源を使用せず、自然に無尽蔵に存在するエネルギー源を用いるクリーンな発電装置であり、二酸化炭素の排出を抑制し得るので、地球温暖化防止の観点から、導入する企業、自治体等は増加しつつある。
　但し、自然界からもたらされるエネルギーは刻一刻と変動することから、自然エネルギー発電装置には、出力の変動が避けられない、という普及に向けての障害がある。従って、この障害を取り除くため、自然エネルギー発電装置を採用する場合には、その自然エネルギー発電装置と、複数のナトリウム－硫黄電池（二次電池）を主構成機器とする電力貯蔵補償装置と、を組み合わせた連系（発電）システムを構築することが好ましい。
　ナトリウム－硫黄電池は、エネルギー密度が高く、短時間で高出力が可能であり、且つ、高速応答性に優れることから、充電及び放電を制御する双方向変換器を併設することによって、数百ｍ秒～数秒オーダーで起き得る自然エネルギー発電装置の出力の変動を、補償することが出来るという長所を有する。それが故に、自然エネルギー発電装置に、複数のナトリウム－硫黄電池を構成機器とする電力貯蔵補償装置を組み合わせた連系システムは、望ましい発電システムであるといえる。
　ところが、自然エネルギー発電装置が、そのエネルギー源から然るべく瞬時に発電電力が変動するため、電力貯蔵及び補償装置においては電力の入力又は出力が頻繁に繰り返される。これは、即ち、電力貯蔵及び補償装置を構成するナトリウム－硫黄電池が、連続的に充放電を繰り返すことを意味する。その結果、ナトリウム－硫黄電池の電池放電容量を精度よく管理出来なくなってしまい、突然、充電末になり充電が継続出来なくなったり、突然、放電末になり放電が継続出来なくなったりして、自然エネルギー発電装置の出力変動を補償している最中に停止してしまう、という問題が顕在化していた。
　これに対し、充電末近傍乃至放電末近傍を検知して、電池放電容量が電池定格容量の中央値へ向かうように、双方向変換器の出力電力の制御目標値を変更することにより、上記問題点を解決しようとする提案がなされている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００３－３１７８０８号公報
　本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、自然エネルギーの変動を広い範囲に亘って補償することが可能なナトリウム－硫黄電池の制御方法を提供することにある。
　本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、充電末でも放電末でもない中間状態になるようにナトリウム－硫黄電池を制御することによって、上記課題を達成することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
　即ち、本発明によれば、以下に示されるナトリウム－硫黄電池の制御方法が提供される。
［１］　出力が変動する発電装置と電力貯蔵補償装置とを組み合わせて電力系統へ電力を供給する連系システムにおいて前記電力貯蔵補償装置を構成し前記発電装置の出力の変動を補償する、複数のナトリウム－硫黄電池の制御方法であって、前記複数のナトリウム－硫黄電池の中の一のナトリウム－硫黄電池が、放電末に達したときに、他のナトリウム－硫黄電池から前記放電末に達した一のナトリウム－硫黄電池に対して充電を行い、前記複数のナトリウム－硫黄電池の中の一のナトリウム－硫黄電池が、充電末に達したときに、前記充電末に達した一のナトリウム－硫黄電池を放電して他のナトリウム－硫黄電池に対して充電を行って、前記複数のナトリウム－硫黄電池の全てが充電末及び放電末のいずれにも達していない状態になるように制御しながら前記発電装置の出力の変動を補償するナトリウム－硫黄電池の制御方法。
［２］　前記複数のナトリウム－硫黄電池の中の一のナトリウム－硫黄電池が、放電末に達したときに、他の全てのナトリウム－硫黄電池から均等に放電して前記放電末に達した一のナトリウム－硫黄電池に対して充電を行い、前記複数のナトリウム－硫黄電池の中の一のナトリウム－硫黄電池が、充電末に達したときに、前記充電末に達した一のナトリウム－硫黄電池を放電して他の全てのナトリウム－硫黄電池に対して均等に充電を行う［１］に記載のナトリウム－硫黄電池の制御方法。
［３］　前記複数のナトリウム－硫黄電池の中の一のナトリウム－硫黄電池が、放電末に達したときに、他のナトリウム－硫黄電池の中の最も充電末に近い状態のナトリウム－硫黄電池から放電して前記放電末に達した一のナトリウム－硫黄電池に対して充電を行い、前記複数のナトリウム－硫黄電池の中の一のナトリウム－硫黄電池が、充電末に達したときに、前記充電末に達した一のナトリウム－硫黄電池を放電して他のナトリウム－硫黄電池の中の最も放電末に近い状態のナトリウム－硫黄電池に対して充電を行う［１］に記載のナトリウム－硫黄電池の制御方法。
［４］　前記複数のナトリウム－硫黄電池の全てが、残存容量率２０％～８０％になるように制御しながら前記発電装置の出力の変動を補償する［１］～［３］のいずれかに記載のナトリウム－硫黄電池の制御方法。
［５］　前記出力が変動する発電装置が、風力、太陽光、地熱のうち１又は２以上の自然エネルギーを用いた自然エネルギー発電装置である［１］～［４］の何れかに記載のナトリウム－硫黄電池の制御方法。
　本発明のナトリウム－硫黄電池の制御方法は、複数のナトリウム－硫黄電池の中の一のナトリウム－硫黄電池が、放電末に達したときに、他のナトリウム－硫黄電池から放電末に達した一のナトリウム－硫黄電池に対して充電を行い、複数のナトリウム－硫黄電池の中の一のナトリウム－硫黄電池が、充電末に達したときに、充電末に達した一のナトリウム－硫黄電池を放電して他のナトリウム－硫黄電池に対して充電を行って、複数のナトリウム－硫黄電池の全てが充電末及び放電末のいずれにも達していない状態になるように制御しながら発電装置の出力の変動を補償するため、一のナトリウム－硫黄電池が放電末又は充電末に達しても、そのまま放電末又は充電末の状態が維持されることがなく、すぐに中間状態（充電末でも放電末でもない状態）に戻されるため、自然エネルギーの変動を広い範囲に亘って補償することができる。
出力が変動する発電装置と電力貯蔵補償装置とを有する連系システムの一例を表すシステム構成図である。 風力発電装置が発電した電力の時系列変化の一例を示すグラフである。 放電末に達したナトリウム－硫黄電池が、充電されるときの電力の時系列変化の一例を示すグラフである。 放電末に達したナトリウム－硫黄電池以外のナトリウム－硫黄電池が、放電するときの電力の時系列変化の一例を示すグラフである。 風力発電装置が発電した電力の時系列変化の一例を示すグラフである。 放電末に達したナトリウム－硫黄電池が、充電されるときの電力の時系列変化の一例を示すグラフである。 充電末に最も近いナトリウム－硫黄電池が、放電するときの電力の時系列変化の一例を示すグラフである。 ナトリウム－硫黄電池が、充放電するときの電力の時系列変化の一例を示すグラフである。 ナトリウム－硫黄電池における電池残存容量率（％）と電池電圧（Ｖ）との相関を示すグラフである。
　以下、本発明の実施の最良の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜、設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
　先ず、連系システムについて説明する。図１に示されるシステム構成図は、出力が変動する発電装置と電力貯蔵補償装置とを有する連系システムの一例を表している。図１に示される連系システム８は、風の力を風車の回転に変え発電機を回す風力発電装置７（自然エネルギー発電装置）と、電力貯蔵補償装置５と、を有する。そして、電力貯蔵補償装置５は、電力を貯蔵し出力することが可能な二次電池であるナトリウム－硫黄電池３、直流／交流変換機能を有する双方向変換器４、及び変圧器９を備える。双方向変換器４は、例えばチョッパとインバータ、あるいはインバータから構成することが出来る。連系システム８には、風力発電装置７が、Ｎｏ．１～Ｎｏ．ｍ（ｍは１より大きい整数）のｍ系列備わり、ナトリウム－硫黄電池３（電力貯蔵補償装置５）が、Ｎｏ．１～Ｎｏ．ｎ（ｎは１より大きい整数）のｎ系列備わっている。
　尚、本明細書において、複数のナトリウム－硫黄電池を構成する一の（１基の）ナトリウム－硫黄電池とは、制御の単位で他と区画されるナトリウム－硫黄電池のことをいう。単電池の数、モジュール電池の数、出力の大きさ等で定まるものではない。具体的には、ナトリウム－硫黄電池が電力貯蔵補償装置を構成する場合において、１基の双方向変換器の制御下におかれるナトリウム－硫黄電池を、１基のナトリウム－硫黄電池として取り扱うものとする。ナトリウム－硫黄電池は、全て同一の定格容量であることが望ましいが、必ずしも同一である必要はない。そして、１基の電力貯蔵補償装置５に含まれるナトリウム－硫黄電池３は、全体として１基のナトリウム－硫黄電池３として取り扱う。又、一般に、連系システムでは、発電装置として自家発電装置が加わり、負荷としてナトリウム－硫黄電池のヒータやその他の補機が存在するが、連系システム８では省略している。これらは、本発明に係るナトリウム－硫黄電池の制御方法においては、出力が変動する発電装置（風力発電装置７）の発電する電力に含まれるもの（加え又は減じたもの）として考えればよい。
　連系システム８においては、電力貯蔵補償装置５においてナトリウム－硫黄電池３の放電を行い、電力計４２で測定される電力ＰＮ（各ナトリウム－硫黄電池３の電力ＰＮｎは、電力計４４で測定される）が、風力発電装置７により発電された電力（電力計４３で測定される電力ＰＷ）の出力変動を補償する。具体的には、連系システム８全体として出力する電力（電力計４１で測定される電力ＰＴ）が、ＰＴ＝ＰＷ＋ＰＮ＝一定（ＰＮ＝ＰＴ－ＰＷ）を満たすように、ナトリウム－硫黄電池３の放電（即ち電力ＰＮ）を制御することによって、連系システム８全体として出力する電力ＰＴを安定した品質のよい電力にして、例えば配電変電所と電力需要家間の電力系統１に供給する。
　また、連系システム８では、風力発電装置７により発電された電力ＰＷの出力変動に合わせて、電力貯蔵補償装置５においてナトリウム－硫黄電池３の充電を行う。具体的には、電力計４２で測定される電力ＰＮが、ＰＮ＝－ＰＷとなるように、ナトリウム－硫黄電池３の充電（即ち電力－ＰＮ）を制御することによって、変動する電力ＰＷを消費して、連系システム８全体として出力する電力ＰＴを０にすることが可能となる。
　ナトリウム－硫黄電池３を放電する場合、充電する場合の何れの場合も、電力貯蔵補償装置５において、風力発電装置７からの出力（電力ＰＷ）に基づき、その出力を補償する電力を入力又は出力させるように、双方向変換器４の制御目標値を変更することによってナトリウム－硫黄電池３を充電又は放電させて、風力発電装置７の出力変動を吸収する。二酸化炭素を殆ど排出しない自然エネルギー発電装置（風力発電装置７）及びナトリウム－硫黄電池３（電力貯蔵補償装置５）を用いて、安定した品質のよい電力を供給出来ることから、連系システム８は好ましい発電システムであるといえる。
　次に、図２Ａ～図２Ｃを参照して、図１に示される連系システム８において、系統との取引電力ＰＴを８ＭＷ（売電目標３１）に保ちながら、ナトリウム－硫黄電池３が充放電される場合における、ナトリウム－硫黄電池３の制御（本発明のナトリウム－硫黄電池の制御方法の一の実施形態）について説明する。尚、図２Ａ～図２Ｃは、連系システム８におけるナトリウム－硫黄電池３（電力貯蔵補償装置５）の系列数を４（ｎ＝４）とした場合の電力（出力）の時系列変化を示している。図２Ａ～図２Ｃにおいて、横軸は時間軸であり時刻ｔを表す。ナトリウム－硫黄電池３（電力貯蔵補償装置５）は、Ｎｏ．１～Ｎｏ．４の４基であり、１基のナトリウム－硫黄電池３の定格入力電力は、２ＭＷである。
　図２Ａは、風力発電装置７の出力の一例を示すグラフである。図２Ａにおいて、縦軸は電力計４３で測定される電力ＰＷを表す。
　図２Ｂは、図２Ａと同じ時間帯における、放電末に達したナトリウム－硫黄電池３に、他のナトリウム－硫黄電池３から放電された電力を、充電している状態を示すグラフである。図２Ｂにおいて、縦軸は電力計４４で測定される電力ＰＮ１を表す。
　図２Ｃは、図２Ａと同じ時間帯における、上記放電末に達したナトリウム－硫黄電池３以外のナトリウム－硫黄電池３の出力の一例を示すグラフである。本実施形態のナトリウム－硫黄電池の制御方法においては、上記放電末に達したナトリウム－硫黄電池３以外の３つのナトリウム－硫黄電池３の出力は、いずれも同じであり、いずれも図２Ｃに示すグラフのように表される。図２Ｃにおいて、縦軸は電力計４４で測定される電力ＰＮ２～４を表す。「電力ＰＮ２～４」とは、「電力ＰＮ２、電力ＰＮ３又は電力ＰＮ４（電力ＰＮ２～ＰＮ４）」を意味する。
　図２Ａ～図２Ｃに示すグラフは、一のナトリウム－硫黄電池３が放電末に達したときに、他の３つのナトリウム－硫黄電池３の全てから均等に放電して、放電末に達したナトリウム－硫黄電池３に対して充電を行って、複数のナトリウム－硫黄電池の全てが充電末及び放電末のいずれにも達していない状態になるように制御しながら発電装置の出力の変動を補償する状態を示している。図２Ｂ、図２Ｃに示すように、放電末に達したナトリウム－硫黄電池３には、他の３つのナトリウム－硫黄電池３から放電される、電力ＰＮ２～ＰＮ４の中の「他の電池への放電５２」の部分が、電力ＰＮ１として充電されている。これにより、放電末に達したナトリウム－硫黄電池３が放電末の状態で長時間維持されることがなく、すぐに中間状態（充電末でも放電末でもない状態）に戻されるため、自然エネルギーの変動を広い範囲に亘って補償することができる。本実施形態のナトリウム－硫黄電池の制御方法においては、放電末に達したナトリウム－硫黄電池３以外の、全てのナトリウム－硫黄電池３が放電して放電末に達したナトリウム－硫黄電池３に充電を行うが、放電末に達したナトリウム－硫黄電池３以外の一部のナトリウム－硫黄電池３が放電して放電末に達したナトリウム－硫黄電池３に充電を行ってもよい。また、放電末に達したナトリウム－硫黄電池３以外のナトリウム－硫黄電池３の放電（放電末に達したナトリウム－硫黄電池を充電するための放電）は、全てが均等であることが好ましいが、均等でなくてもよい。
　放電末に達したナトリウム－硫黄電池３に、他の３つのナトリウム－硫黄電池３から放電された電力が充電されて、４つのナトリウム－硫黄電池の全てが残存容量率２０％～８０％（中間状態）になるように制御されることが好ましい。本発明のナトリウム－硫黄電池の制御方法においては、ナトリウム－硫黄電池が、上記中間段階に維持されるように制御されることが好ましい。
　また、放電末に達したナトリウム－硫黄電池３に、他の３つのナトリウム－硫黄電池３から放電された電力を充電するための時間は、できるだけ短いことが好ましいが、一のナトリウム－硫黄電池３が放電末に達したことを検知してから、１～１８００秒の間に充電が行われることが好ましい。１秒より短くすることは実際の操作において難しいことがある。１８００秒より長いと、電力補償運転ができないなどの影響が発生することがある。
　本実施形態のナトリウム－硫黄電池の制御方法においては、一のナトリウム－硫黄電池３が充電末に達したときには、充電末に達した当該一のナトリウム－硫黄電池を放電して他の３つのナトリウム－硫黄電池の全てに対して均等に充電を行うことが好ましい。充電末に達したナトリウム－硫黄電池３を放電して、充電末に達したナトリウム－硫黄電池３以外の全てのナトリウム－硫黄電池３に充電を行ってもよいが、充電末に達したナトリウム－硫黄電池３を放電して、充電末に達したナトリウム－硫黄電池３以外のナトリウム－硫黄電池３の中の一部のナトリウム－硫黄電池３に充電をおこなってもよい。また、充電末に達したナトリウム－硫黄電池３以外の複数のナトリウム－硫黄電池３への充電（充電末に達したナトリウム－硫黄電池から放電された電力の充電）は、全てが均等であることが好ましいが、均等でなくてもよい。
　本実施形態のナトリウム－硫黄電池の制御方法においては、一のナトリウム－硫黄電池３が放電末又は充電末に達したことを検知する必要がある。図４は、ナトリウム－硫黄電池３における電池残存容量率（％）（単に残存容量率とも記す）と電池電圧（Ｖ）との相関を示すグラフである。残存容量率は、ナトリウム－硫黄電池の定格容量（Ａｈ）に対する放電可能な容量（Ａｈ）の比率（％）を表すから、既に放電した容量である放電容量（Ａｈ）は、定格容量（Ａｈ）×（１００－残存容量率（％））で求められる。図４の相関曲線２１から明らかなように、ナトリウム－硫黄電池の（一般的）特性として、残存容量率が概ね４０～９０％において残存容量率によらず電池電圧（単に電圧とも記す）は一定に維持される。そして、充電が進み、残存容量率が概ね９５％になると（即ち、放電容量が定格容量の概ね５％になると）、電圧が上昇する。従って、電圧が上昇する範囲において、充電末として設定しておきたい残存容量率での電圧を設定しておけば、充電が進んで、その電圧になったときに、充電末であると判断することが可能である。また、図４より、放電末においても電圧が変化する（下降する）から、同様に、放電末として設定しておきたい残存容量率での電圧を設定することにより、放電末の検出が可能になる。
　本発明のナトリウム－硫黄電池の制御方法は、出力が変動する発電装置が、風力、太陽光、地熱のうち１又は２以上の自然エネルギーを用いた自然エネルギー発電装置であることが好ましい。
　次に、図３Ａ～図３Ｄを参照して、図１に示される連系システム８において、系統との取引電力ＰＴを８ＭＷ（売電目標３１）に保ちながら、ナトリウム－硫黄電池３が充放電される場合における、ナトリウム－硫黄電池３の制御（本発明のナトリウム－硫黄電池の制御方法の他の実施形態）について説明する。尚、図３Ａ～図３Ｄは、連系システム８におけるナトリウム－硫黄電池３（電力貯蔵補償装置５）の系列数を４（ｎ＝４）とした場合の電力（出力）の時系列変化を示している。図３Ａ～図３Ｄにおいて、横軸は時間軸であり時刻ｔを表す。ナトリウム－硫黄電池３（電力貯蔵補償装置５）は、Ｎｏ．１～Ｎｏ．４の４基であり、１基のナトリウム－硫黄電池３の定格入力電力は、２ＭＷである。
　図３Ａは、風力発電装置７の出力の一例を示すグラフである。図３Ａにおいて、縦軸は電力計４３で測定される電力ＰＷを表す。
　図３Ｂは、図３Ａと同じ時間帯における、放電末に達したナトリウム－硫黄電池３に、他の一のナトリウム－硫黄電池３（最も充電末に近い状態のナトリウム－硫黄電池３）から放電された電力を、充電している状態を示すグラフである。図３Ｂにおいて、縦軸は電力計４４で測定される電力ＰＮ１を表す。
　図３Ｃは、図３Ａと同じ時間帯における、放電末に達したナトリウム－硫黄電池３以外のナトリウム－硫黄電池３の中の、最も充電末に近い状態のナトリウム－硫黄電池３の出力の一例を示すグラフである。図３Ｃにおいて、縦軸は電力計４４で測定される電力ＰＮ２を表す。
　図３Ｄは、図３Ａと同じ時間帯における、上記放電末に達したナトリウム－硫黄電池３以外の３つのナトリウム－硫黄電池３の中の最も充電末に近い状態のナトリウム－硫黄電池３を除いた２つのナトリウム－硫黄電池３の出力の一例を示すグラフである。本実施形態のナトリウム－硫黄電池の制御方法においては、上記放電末に達したナトリウム－硫黄電池３以外の３つのナトリウム－硫黄電池３の中の最も充電末に近い状態のナトリウム－硫黄電池３を除いた２つのナトリウム－硫黄電池３の出力は、いずれも同じであり、いずれも図３Ｄに示すグラフのように表される。図３Ｄにおいて、縦軸は電力計４４で測定される電力ＰＮ３，４を表す。「電力ＰＮ３，４」とは、「電力ＰＮ３又は電力ＰＮ４」を意味する。
　図３Ａ～図３Ｄに示すグラフは、一のナトリウム－硫黄電池３が放電末に達したときに、他の３つのナトリウム－硫黄電池３の中の最も充電末に近い状態のナトリウム－硫黄電池３から放電して、放電末に達したナトリウム－硫黄電池３に対して充電を行って、複数のナトリウム－硫黄電池の全てが充電末及び放電末のいずれにも達していない状態になるように制御しながら発電装置の出力の変動を補償する状態を示している。図３Ｂ、図３Ｃに示すように、放電末に達したナトリウム－硫黄電池３には、最も充電末に近い状態の一のナトリウム－硫黄電池３から放電された電力が、充電されている。これにより、放電末に達したナトリウム－硫黄電池３が放電末の状態で長時間維持されることがなく、すぐに中間状態（充電末でも放電末でもない状態）に戻されるため、自然エネルギーの変動を広い範囲に亘って補償することができる。更に、図３Ｄより、４つのナトリウム－硫黄電池３の中から、放電末に達したナトリウム－硫黄電池３と、最も充電末に近い状態のナトリウム－硫黄電池３とを、除いた２つのナトリウム－硫黄電池３の充放電によって、風力発電装置７の出力の補償を行っている。本実施形態のナトリウム－硫黄電池の制御方法においては、上記風力発電装置７の出力の補償を行っている２つのナトリウム－硫黄電池３の充放電は均等であるが、均等でなくてもよい。
　本実施形態のナトリウム－硫黄電池の制御方法においては、一のナトリウム－硫黄電池３が充電末に達したときには、当該充電末に達したナトリウム－硫黄電池３を放電して、その電力を、他の３つのナトリウム－硫黄電池３の中の最も放電末に近い状態の一のナトリウム－硫黄電池３に充電して、複数のナトリウム－硫黄電池の全てが充電末及び放電末のいずれにも達していない状態になるように制御しながら発電装置の出力の変動を補償することが好ましい。この場合、残りの２つのナトリウム－硫黄電池３によって、風力発電装置７の出力の補償を行っている。上記風力発電装置７の出力の補償を行っている２つのナトリウム－硫黄電池３の充放電は均等であることが好ましいが、均等でなくてもよい。
　本実施形態のナトリウム－硫黄電池の制御方法においては、上記説明内容以外の点については、上述した本発明のナトリウム－硫黄電池の制御方法の一の実施形態の場合と同様にすることが好ましい。
　本発明に係るナトリウム－硫黄電池の制御方法は、風力、太陽光、地熱等の自然エネルギーを用いた、出力が変動する発電装置と、電力貯蔵補償装置と、を組み合わせて電力系統へ電力を供給する連系システムにおいて、上記電力貯蔵補償装置を構成する複数のナトリウム－硫黄電池を制御する方法として利用することが出来る。
１：電力系統、３：ナトリウム－硫黄電池、４：双方向変換器、５：電力貯蔵補償装置、７：風力発電装置、８：連系システム、９：変圧器、２１：相関曲線、３１：売電目標、４１，４２，４３，４４：電力計、５１：系統への放電、５２：他の電池への放電。

Claims (5)

  1. 　出力が変動する発電装置と電力貯蔵補償装置とを組み合わせて電力系統へ電力を供給する連系システムにおいて前記電力貯蔵補償装置を構成し前記発電装置の出力の変動を補償する、複数のナトリウム－硫黄電池の制御方法であって、
    　前記複数のナトリウム－硫黄電池の中の一のナトリウム－硫黄電池が、放電末に達したときに、他のナトリウム－硫黄電池から前記放電末に達した一のナトリウム－硫黄電池に対して充電を行い、
    　前記複数のナトリウム－硫黄電池の中の一のナトリウム－硫黄電池が、充電末に達したときに、前記充電末に達した一のナトリウム－硫黄電池を放電して他のナトリウム－硫黄電池に対して充電を行って、
    　前記複数のナトリウム－硫黄電池の全てが充電末及び放電末のいずれにも達していない状態になるように制御しながら前記発電装置の出力の変動を補償するナトリウム－硫黄電池の制御方法。
  2. 　前記複数のナトリウム－硫黄電池の中の一のナトリウム－硫黄電池が、放電末に達したときに、他の全てのナトリウム－硫黄電池から均等に放電して前記放電末に達した一のナトリウム－硫黄電池に対して充電を行い、前記複数のナトリウム－硫黄電池の中の一のナトリウム－硫黄電池が、充電末に達したときに、前記充電末に達した一のナトリウム－硫黄電池を放電して他の全てのナトリウム－硫黄電池に対して均等に充電を行う請求項１に記載のナトリウム－硫黄電池の制御方法。
  3. 　前記複数のナトリウム－硫黄電池の中の一のナトリウム－硫黄電池が、放電末に達したときに、他のナトリウム－硫黄電池の中の最も充電末に近い状態のナトリウム－硫黄電池から放電して前記放電末に達した一のナトリウム－硫黄電池に対して充電を行い、前記複数のナトリウム－硫黄電池の中の一のナトリウム－硫黄電池が、充電末に達したときに、前記充電末に達した一のナトリウム－硫黄電池を放電して他のナトリウム－硫黄電池の中の最も放電末に近い状態のナトリウム－硫黄電池に対して充電を行う請求項１に記載のナトリウム－硫黄電池の制御方法。
  4. 　前記複数のナトリウム－硫黄電池の全てが、残存容量率２０％～８０％になるように制御しながら前記発電装置の出力の変動を補償する請求項１～３の何れかに記載のナトリウム－硫黄電池の制御方法。
  5. 　前記出力が変動する発電装置が、風力、太陽光、地熱のうち１又は２以上の自然エネルギーを用いた自然エネルギー発電装置である請求項１～４の何れかに記載のナトリウム－硫黄電池の制御方法。
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