(57)【特許請求の範囲】
【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大きさに基づく正の数値を変位量とするとき、前記入出力指令値に変位量演算処理を施して変位量を求め、
さらに前記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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。前記入出力指令値に変位量演算処理を施して、変位量を求める。変位量は、前記入出力指令値の大きさに基づく正の数値とする。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▲１▼式により行う。
Y(n)＝Y(n−1)＋｛X(n)−X(n−N)｝／N    …▲１▼
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▲２▼式により行う。
Y(n)＝Y(n−1)＋｛X(n)−Y(n−1)｝／N    …▲２▼
【００１２】
また、変位量演算処理は、▲１▼交直変換器への入出力指令値の絶対値をとること、▲２▼交直変換器への入出力指令値の二乗値をとること、▲３▼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35〜50Hz）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
【図１】
0003970083.tif 000002
【図２】
0003970083.tif 000003
【図３】
0003970083.tif 000004
【図４】
0003970083.tif 000005
【図５】
0003970083.tif 000006
【図６】
0003970083.tif 000007