JP2007116825A

JP2007116825A - 電気二重層キャパシタ電力貯蔵装置

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Publication number: JP2007116825A
Application number: JP2005305764A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Sasaki; 正和佐々木; Tetsuo Saito; 哲夫斉藤
Original assignee: UD Trucks Corp; Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd; UD Trucks Corp
Priority date: 2005-10-20
Filing date: 2005-10-20
Publication date: 2007-05-10
Also published as: DK1938436T3; EP1938436B1; WO2007046547A2; WO2007046547A3; EP1938436A2; JP2011078313A; DE602006009689D1

Abstract

【課題】メンテナンスフリー化を図る電気二重層キャパシタ電力貯蔵装置を提供する。
【解決手段】キャパシタシステム１０と、発電設備の出力を安定化制御する電力制御手段９と、を備える電気二重層キャパシタ電力貯蔵装置において、電力制御手段は、キャパシタシステムの充電率をキャパシタシステムの電圧から算出し、算出した充電率が所定範囲にあるようにキャパシタシステムの充放電を制御し、キャパシタシステムの充電率が所定範囲の上限値及び下限値の近傍にそれぞれ設定した所定値に達した場合に、差分の電力を制限し、キャパシタシステムの充電率が上限値または下限値に達したときには差分の電力が零となるようにキャパシタシステムの充放電を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気二重層キャパシタ電力貯蔵装置の改良に関するものである。

従来、鉛電池等２次電池を電力貯蔵装置、例えば風力発電システムの出力の安定化用電力貯蔵装置として用いる技術がある。この場合、２次電池の安全性と寿命を確保するために過充電、過放電を防止すること、および安定化用出力の出力不足を起こさないよう充電レベルを適正な範囲のレベルに維持することが重要となる（特許文献１参照）。なお、ここで、風力発電の出力（＝発電電力）の安定化とは、変動が大きい風力発電の出力の変動を抑制することであり、出力の目標レベルを設定し、目標レベルを超えた場合にその差分の電力を２次電池やキャパシタに充電し、目標レベルに達しない場合にはその差分の電力を２次電池やキャパシタから放電することで風力発電の出力変動を抑制する。

しかしながら、２次電池の充電レベルを正確に検知、把握することは、二次電池の基本特性から難しい。このため、２次電池の容量を多くして充電レベルの制御に余裕を持たせる方法で対策することが考えられるが、この方法は初期コストを増大させてしまう。また、２次電池のメンテナンスを頻繁に行う方法も考えられるが、この方法はメンテナンスのコストを増大させることとなり、またメンテナンスしても寿命を最良に維持管理することが難しく途中で一部セル劣化、交換によるライフサイクルコストが上昇するという問題を抱えている。

一方、キャパシタの充電量は、
充電量＝（１／２）Ｃ・Ｖ²（Ｊ）（１）
ここで、Ｃ；静電容量（Ｆ）、Ｖ；電圧（Ｖ）
という関係式に示され、つまりキャパシタの充放電は電圧変化を伴うので、充電率（ＳＯＣ）は、電圧検知だけで精度良く把握することができる。
特開２００２−１０１５５７号公報

しかしながら、従来、高電圧・高出力・大容量キャパシタ電力貯蔵装置が存在しておらず、電圧検知により高電圧・高出力・大容量キャパシタ電力貯蔵装置の出力を制御する手段は無かった。

特に本発明においては、キャパシタシステムを備えた電力貯蔵装置の過充電、過放電及び過昇温を防止し、電力貯蔵装置のメンテナンスフリー化及び長寿命化を図ることを目的とする。

本発明は、発電設備を電力系統に連系する送電経路と、送電経路の発電設備と電力系統との間に接続される電力貯蔵装置とから構成され、前記電力貯蔵装置は、所要数の電気二重層キャパシタから構成されるキャパシタシステムと、発電設備の出力が目標レベルを上回ると送電経路からその差分の電力をキャパシタシステムへ供給する一方で発電設備の出力が目標レベルを下回るとキャパシタシステムからその差分の電力を送電経路へ供給することで発電設備の出力を安定するように制御する電力制御手段と、を備える電気二重層キャパシタ電力貯蔵装置において、前記電力制御手段は、前記キャパシタシステムの充電率を前記キャパシタシステムの電圧から算出し、算出した充電率が所定範囲にあるように前記キャパシタシステムの充放電を制御し、前記キャパシタシステムの充電率が前記所定範囲の上限値及び下限値の近傍にそれぞれ設定した所定値に達した場合に、前記差分の電力を制限し、前記キャパシタシステムの充電率が前記上限値または下限値に達したときには前記差分の電力が零となるように前記キャパシタシステムの充放電を制御し、前記キャパシタシステムの過充電または過放電を防止することを特徴とする電気二重層キャパシタ電力貯蔵装置である。

本発明において、電気二重層キャパシタ電力貯蔵装置の過充電、過放電を防止し、電気二重層キャパシタ電力貯蔵装置の長寿命化及びメンテナンスフリー化を図ることができる。

本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１に示すように、風力発電システムは、風力によって発電する風力発電機１と、この風力発電機１から出力される発電電力を変圧器６を介して電力系統２に送る送電経路３と、この送電経路３に変圧器７を介して接続される電力貯蔵装置５とを備える。

電力貯蔵装置５は、図２に示すように、所定数の電気二重層キャパシタセルから構成されるキャパシタシステム１０と、このキャパシタシステム１０の充電、放電を行うインバータ・コンバータ９と、風力発電機１の出力および出力変動を検出する有効電力検出器１２と、この有効電力検出器１２の検出値に応じてインバータ・コンバータ９の作動を制御して風力発電機１の出力変動を抑制するインバータ・コンバータコントローラ５３と、このインバータ・コンバータコントローラ５３と信号線５２を介して連係して、信号線５１を介してキャパシタシステム１０を制御するキャパシタシステムコントローラ５０とを備える。

このように構成された風力発電システムにおいて、インバータ・コンバータコントローラ５３により実施されるキャパシタシステム１０の過充電、過放電を防止する充放電出力制限制御について以下に説明する。

図３は、本発明の充放電出力制限制御の概念図である。図中、Ｈ２はキャパシタシステム１０の充電率（以下、ＳＯＣという）の許容上限値、Ｌ２はＳＯＣの許容下限値である。さらにＨ２より小さいＨ１、Ｌ２より大きいＬ１（Ｈ１＞Ｌ１）は、充放電出力制限制御時のしきい値としての所定値である。また、図中縦軸において０に対して上側がキャパシタシステム１０への電力の入力状態（＝充電状態）であり、下側がキャパシタシステム１０からの電力の出力状態（＝放電状態）を示す。

キャパシタシステム１０の充放電出力が０（ｋＷ）でＳＯＣがＬ２（％）の時、つまりＳＯＣが下限にあり、キャパシタシステム１０の充放電が停止された点Ａからキャパシタシステム１０に安定化のための電力、例えば最大入力Ｐｍａｘの電力が充電され、キャパシタシステム１０の充電が開始される。電力の供給とともにＳＯＣが上昇し、ＳＯＣ上限値であるＨ２より低い所定のしきい値Ｈ１に達した時にキャパシタシステム１０への充電出力が徐々に制限され、ＳＯＣがＨ２（％）の時にキャパシタシステム１０の充放電出力が０になるように制御する。

次にキャパシタシステム１０の放電時の出力制限制御について説明する。図においてＳＯＣが許容上限値Ｈ２にあり、キャパシタシステム１０の充放電出力が停止された点Ｂからの出力制限制御を説明する。点Ｂからキャパシタシステム１０の放電が開始され、出力は安定化のための電力、例えば最大出力である−Ｐｍａｘに維持される。放電が継続されることで、キャパシタシステム１０のＳＯＣは低下し、ＳＯＣ許容下限値Ｌ２より高い所定のしきい値Ｌ１でキャパシタシステム１０の放電出力の制限を開始する。そして放電出力が徐々に制限され、ＳＯＣが許容下限値Ｌ２の時にキャパシタシステム１０の充放電出力が０になるように制御する。

なお、キャパシタシステム１０のＳＯＣは、キャパシタシステム１０の端子電圧に基づいて前述の式（１）から算出する。

図４は、図３で説明したインバータ・コンバータコントローラ５３が実施する充放電出力制限制御の詳細を説明するためのフローチャート図である。この制御は所定の一定間隔で実施される。

まずステップＳ１で、風力発電出力の安定化に必要な充放電出力を算出する。必要な充放電出力は風力発電の発電電力と目標発電電力との差に基づいて算出される。続くステップＳ２で、算出された充放電出力から充放電が必要か否かを判定し、不必要であればステップＳ１４に進む。

充放電が必要である場合にはステップＳ３に進み、キャパシタシステム１０の端子電圧Ｅｃを検出し、ステップＳ４で検出した端子電圧Ｅｃからキャパシタシステム１０のＳＯＣが算出できたかどうか判定し、算出できない場合にはステップＳ３に戻り、キャパシタシステム１０の端子電圧Ｅｃを再検出する。

ＳＯＣが算出できた場合にはステップＳ５に進み、算出されたＳＯＣが許容上限値であるＨ２未満で、かつＨ２より低い所定値Ｈ１を超えているかどうかを判定する。判定条件が成立する場合には、ステップＳ６でキャパシタシステム１０への充電出力とＳＯＣに応じて設定される制限値とを比較する。

ここで制限値は、キャパシタシステム１０への充電出力（＝受給電力）を徐々に制限するための値であり、図３のように所定値Ｈ１と許容上限値Ｈ２との間でＳＯＣが増加するほどキャパシタシステム１０への充電出力を減少するように設定する。制限値は、所定値Ｈ１での充電出力をＳＯＣに応じて補正して設定するようにしても、あるいは所定値Ｈ１と許容上限値Ｈ２との間のＳＯＣに応じて予め設定した値を用いてもよい。

キャパシタシステム１０の充電出力が制限値を越える場合には、ＳＯＣの許容上限値Ｈ２を超えて過充電の状態になる恐れがあるため、ステップＳ７に進み、キャパシタシステム１０の充電出力を制限値まで低下させて過充電状態となることを防止してステップＳ８に進む。

ステップＳ８では、過充電を防止するために制限した充電出力を信号としてインバータ・コンバータ９に出力する。

一方、ステップＳ６で充電出力が制限値以下の場合には、過充電になる恐れはないため、ステップＳ９に進み、充電出力を制限することなくステップＳ８に進む。ステップＳ８では、充放電出力を信号としてインバータ・コンバータ９に出力する。

ステップＳ５において、算出されたＳＯＣが許容上限値であるＨ２未満で、かつＨ２より低い所定値Ｈ１を超えているかどうかの判定条件が不成立の場合にはステップＳ１０に進み、算出されたＳＯＣがＳＯＣの許容下限値であるＬ２と、Ｌ２より高いＳＯＣ値である所定値Ｌ１との間にあるか否かを判定する。この判定条件が成立した場合にはステップＳ１１に進み、不成立の場合にはステップＳ１２に進む。

ステップＳ１１では、キャパシタシステム１０の放電出力とＳＯＣに応じて図３から設定される制限値とを比較する。

ここで制限値は、キャパシタシステム１０からの放電出力（＝供給電力）を徐々に制限するための値であり、図３のように所定値Ｌ１と許容下限値Ｌ２との間でＳＯＣが低下するほどキャパシタシステム１０からの放電出力を減少するように設定する。制限値は、所定値Ｌ１での放電出力をＳＯＣに応じて補正するようにしても、あるいは所定値Ｌ１と許容下限値Ｌ２との間のＳＯＣに応じて予め設定した値を用いてもよい。

キャパシタシステム１０の放電出力が制限値を越える場合には、ＳＯＣの許容下限値Ｌ２を超えて過放電の状態になる恐れがあるため、ステップＳ１３に進み、キャパシタシステム１０の放電出力を制限値まで低下させて過放電状態となることを防止してステップＳ８に進む。

一方、ステップＳ１１で放電出力が制限値以下の場合には、過放電になる恐れはないため、ステップＳ９に進み、充放電出力を制限することなくステップＳ８に進む。ステップＳ８では、充放電出力を信号としてインバータ・コンバータ９に出力する。

放電出力が制限値を越える場合には、過放電の恐れがあるため、ステップＳ１３で放電出力を制限値まで低下させる。その後、ステップＳ８に進む。

ステップＳ１２では、ＳＯＣが許容上限値Ｈ２を超え、または許容下限値Ｌ２未満であるか否かを判定する。この判定条件が成立する場合にはキャパシタシステム１０は過充電または過放電の状態にあると判定され、ステップＳ１４に進み、キャパシタシステム１０からの充放電を停止し、ステップＳ８に進む。

一方、ステップＳ１２での判定条件が不成立の場合には、キャパシタシステム１０のＳＯＣは所定値Ｌ１からＨ１の適性範囲内にあると判定でき、ステップＳ９に進み、充放電出力を制限しない。

このように本実施形態においては、キャパシタシステム１０のＳＯＣが上限値Ｈ２と許容上限値Ｈ２より低い所定値Ｈ１との間、および許容下限値Ｌ２と下限値Ｌ２より高い所定値Ｌ１との間にある場合には、キャパシタシステム１０の充放電出力がＳＯＣに応じて設定される充放電出力を制限する制限値以下となるように制御される。

制限値は、所定値Ｈ１での充電出力が許容上限値Ｈ２でゼロとなるように設定され、また所定値Ｌ１での放電出力が許容下限値Ｌ２でゼロとなるように設定する。

このようにキャパシタシステム１０のＳＯＣが上下限値に達する前から徐々に充放電出力を制限することにより、確実にキャパシタシステム１０の過充電、過放電を防止することができる。キャパシタシステム１０の過充電、過放電を確実に防止することで、キャパシタシステム１０を備えた電力貯蔵装置５を含む電気二重層キャパシタ電力貯蔵装置のメンテナンスフリー化及び長寿命化を図ることができる。

ここで、出力の制限を制御する制御値は、所定値Ｈ１、Ｌ１での充放電出力とＳＯＣに応じて設定される。

なお、本実施形態では、キャパシタシステム１０の充放電出力をＳＯＣに応じて制限することとして説明してきたが、充放電出力に代えて図５に示すように、キャパシタシステム１０の充放電出力制限率を用いても同様の効果が得られる。ここで充放電出力制限率は、キャパシタシステム１０の最大充放電出力を１００％として充放電出力を示したものである。

図６は、本発明の第２の実施形態の充放電出力制限制御の概念図である。図中、Ｔ２はキャパシタシステム１０の温度上限値、さらにＴ１は出力制限制御時の所定値である。また、図中縦軸において０に対して上側がキャパシタシステム１０への電力の入力状態（＝充電出力）であり、下側がキャパシタシステム１０からの電力の出力状態（＝放電出力）を示す。

キャパシタシステム１０の温度が所定値Ｔ１（℃）未満でキャパシタシステム１０のＳＯＣが低く充電が必要な場合、キャパシタシステム１０の充放電出力は最大充電出力Ｐｍａｘの電力が充電される。電力の供給とともにキャパシタシステム１０の温度が上昇し、温度上限値であるＴ２より低い所定値Ｔ１に達した時にキャパシタシステム１０への電力供給が徐々に制限され、温度がＴ２（℃）の時にキャパシタシステム１０の充電出力が０（ｋＷ）になるように制御する。

次にキャパシタシステム１０の温度が所定値Ｔ１（℃）未満でキャパシタシステム１０のＳＯＣが十分高く放電が可能な場合、キャパシタシステム１０の充放電出力は最大放電出力Ｐｍｉｎの電力が放出される。放電とともにキャパシタシステム１０の温度が上昇し、温度上限値であるＴ２より低い所定値Ｔ１に達した時にキャパシタシステム１０からの放電が徐々に制限され、温度がＴ２（℃）の時にキャパシタシステム１０の放電出力が０（ｋＷ）になるように制御する。なお、キャパシタシステム１０の温度は図示しない温度センサ等を用いて検出する。

図７は、図６で説明したインバータ・コンバータコントローラ５３が実施する充放電出力制限制御の詳細を説明するためのフローチャート図である。この制御は所定の一定間隔で実施される。

まずステップＳ１１で、風力発電出力の安定化に必要な充放電出力を算出する。必要な充放電出力は風力発電の発電電力と目標発電電力との差に基づいて算出される。続くステップＳ１２で、算出された充放電出力から充放電が必要か否かを判定し、不必要であればステップＳ２３に進む。

充放電が必要である場合にはステップＳ１３に進み、キャパシタシステム１０の温度Ｔｃを検出し、ステップＳ１３で温度Ｔｃが検出できない場合には再検出を繰り返す。温度Ｔｃが検出された場合にはステップＳ１４で、検出した温度Ｔｃが温度上限値Ｔ２と上限値より低い所定値Ｔ１との間の温度かどうか判定し、この温度範囲にある場合にはステップＳ１５に進み、温度範囲にない場合にはステップＳ１６に進む。

ステップＳ１５では、キャパシタシステム１０の充放電状態を端子電圧等を用いて判定し、充電状態であればステップＳ１７に、放電状態であればステップＳ１８に進む。

ステップＳ１７でキャパシタシステム１０の充電出力とキャパシタシステム１０の温度に応じて設定される制限値とを比較する。

ここで制限値は、キャパシタシステム１０への充電出力（＝受給電力）を徐々に制限するための値であり、図６のように所定値Ｔ１と上限値Ｔ２との間で温度Ｔｃが上昇するほどキャパシタシステム１０への充電出力を減少するように設定する。制限値は、所定値Ｔ１での充電出力をキャパシタシステム１０の温度に応じて補正して設定するようにしても、あるいは所定値Ｔ１と上限値Ｔ２との間の温度Ｔｃに応じて予め設定した値を用いてもよい。

キャパシタシステム１０の充電出力が制限値を越える場合には、温度の上限値Ｔ２を超えて過昇温の状態になる恐れがあるため、ステップＳ１９に進み、キャパシタシステム１０の充電出力を制限値まで低下させて過昇温状態となることを防止してステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０では、過昇温を防止するために制限した充電出力を信号としてインバータ・コンバータ９に出力する。

キャパシタシステム１０の充電出力が制限値以下の場合には、充電出力の制限を行う必要がないため、ステップ２３に進み、現状の充電出力制御を維持する。

ステップＳ１５の判定により放電状態と判定され、ステップＳ１８に進んだ場合には、キャパシタシステム１０の放電出力とキャパシタシステム１０の温度Ｔｃに応じて設定される制限値とを比較する。ここでの制限値は、キャパシタシステム１０への放電出力（＝供給電力）を徐々に制限するための値であり、図６のように所定値Ｔ１と上限値Ｔ２との間で温度Ｔｃが上昇するほどキャパシタシステム１０への放電出力を減少するように設定する。制限値は、所定値Ｔ１での放電出力をキャパシタシステム１０の温度に応じて補正して設定するようにしても、あるいは所定値Ｔ１と上限値Ｔ２との間の温度Ｔｃに応じて予め設定した値を用いてもよい。

キャパシタシステム１０の放電出力が制限値を越える場合には、温度の上限値Ｔ２を超えて過昇温の状態になる恐れがあるため、ステップＳ２１に進み、キャパシタシステム１０の放電出力を制限値まで低下させて過昇温状態となることを防止してステップＳ２０に進む。

一方、キャパシタシステム１０の放電出力が制限値以下の場合には、放電出力の制限を行う必要がないため、ステップ２３に進み、現状の放電出力制御を維持する。

ステップＳ１４の判定によりステップＳ１６に進んだ場合には、ステップＳ１６でキャパシタシステム１０の温度Ｔｃが上限温度Ｔ２を越えているかどうかを判定する。

キャパシタシステム１０の温度Ｔｃが上限温度Ｔ２を越えている場合には、キャパシタシステム１０が過昇温状態にあると判定し、ステップＳ２２でキャパシタシステム１０を冷却するためキャパシタシステム１０の充放電出力を停止して、ステップＳ２０に進む。

一方、キャパシタシステム１０の温度Ｔｃが上限温度Ｔ２以下の場合には、温度Ｔｃが所定温度Ｔ１以下であると判定され、温度Ｔｃが適正温度範囲にあると判定し、放電出力の制限は必要なしとしてステップＳ２３に進み、ステップＳ２３で充放電出力の制限なしとして、現状の充放電制御を維持してステップＳ２０に進む。

このようにキャパシタシステム１０の温度Ｔｃが上限温度Ｔ２に達する前から徐々に充放電出力を制限することにより、確実にキャパシタシステム１０の過昇温を防止することができる。キャパシタシステム１０の過昇温を確実に防止することで、キャパシタシステム１０を備えた電力貯蔵装置５を含む電気二重層キャパシタ電力貯蔵装置のメンテナンスフリー化及び長寿命化を図ることができる。また、第１と第２の実施形態の充放電出力制限制御をそれぞれ実施し、充放電出力制御の結果に応じて、信号値をコンバータに出力するようにしてもよく、この場合には充放電出力制御の精度を向上することができる。

なお、本実施形態では、キャパシタシステム１０の充放電出力を温度Ｔｃに応じて制限することとして説明してきたが、充放電出力に代えて図８に示すように、キャパシタシステム１０の充放電出力制限率を用いても同様の効果が得られる。ここで充放電出力制限率は、キャパシタシステム１０の最大充放電出力を１００％として充放電出力を示した百分率である。

図９から図１１は、第３の実施形態の概念を説明する図である。

これまで第１、第２実施形態で説明してきたような充放電出力制限制御を実施することにより、キャパシタシステム１０を備えた電力貯蔵装置５を含む電気二重層キャパシタ電力貯蔵装置のメンテナンスフリー化及び長寿命化を図ることができる。

また、キャパシタシステム１０の蓄電容量を有効に活用することで、キャパシタシステム１０の充放電出力量を増大して電力の安定化性能を向上させることができる。そこで、第３の実施形態は、キャパシタシステム１０の平均ＳＯＣを高めて、蓄電容量を有効に活用するバイアス制御を説明する。

図９は、バイアス制御なしのキャパシタシステム１０の運転時間とキャパシタシステム１０のＳＯＣとの関係を示す図である。図に示すように運転時間が長くなるとＳＯＣが低下して、ＳＯＣ＝２０％程度を中心値として上下していることがわかる。これは、キャパシタシステム１０の充電時の損失やインバータ・コンバータ９の入出力時の損失により、充電のための電力が多く損失するためである。したがって、キャパシタシステム１０の蓄電容量の２０％しか活用されておらず、第１の実施形態で説明したＳＯＣの下限値Ｌ２に達し、充放電出力制限制御が実施され、安定化のための充放電出力が減少することになり、安定化制御の効果が抑制されることになる。

そこで本実施形態では、キャパシタシステム１０のＳＯＣをより高い所定ＳＯＣに維持できるように電力の安定化に必要な充放電出力に所定のバイアス出力（ｋＷ）を加減算することを特徴とする。

図１０に示すように、設定されるバイアス出力は、所定のＳＯＣ値Ｓ０をしきい値としてＳＯＣ値Ｓ０未満の場合には充電のための充電出力Ｐｃを、所定値Ｓ０を越える場合には放電のための放電出力−Ｐｄを加算する。

なお、図１０の特性では、所定値Ｓ０を含む所定範囲ＳＬからＳＨの間では比例関係にあり、それ以外では一定値Ｐｃ、−Ｐｄを設定することとしたが、この特性に限られないことはいうまでもなく、所定値Ｓ０を達成するべく種々の手法を用いてよい。また、一定値Ｐｃ、−Ｐｄは電力の安定化を損なわず、かつＳＯＣが所定値Ｓ０に収束する適当な値とする。

このようにキャパシタシステム１０のＳＯＣに応じてバイアス出力をキャパシタシステム１０の充放電出力に加算することで図１１に示すように、ＳＯＣを所定値Ｓ０に制御することができる。

図１２は、本実施形態のバイアス制御の内容を説明するフローチャート図である。このバイアス制御は所定の一定間隔で実施される。

まずステップＳ３１で、風力発電出力の安定化に必要な充放電出力を算出する。必要な充放電出力は風力発電の発電電力と目標発電電力との差に基づいて算出される。続くステップＳ３２で、キャパシタシステム１０の端子電圧Ｅｃを検出し、ステップＳ３３で検出した電圧からＳＯＣが算出できたかどうか判定し、算出できない場合にはステップＳ３２に戻り、キャパシタシステム１０の端子電圧Ｅｃを再検出する。

ＳＯＣが算出できた場合にはステップＳ３４に進み、算出したＳＯＣが所定値Ｓ０と所定範囲の上限値ＳＨの範囲にあるか否かを判定する。この所定の範囲内にＳＯＣがある場合には、ステップＳ３５に進み、電力の安定化のために、図１０に示すようなＳＯＣに応じたバイアス電力を放電出力に加算する。続くステップＳ３６で、バイアス電力を加算した充放電出力を信号値としてインバータ・コンバータ９に出力する。なお、ステップＳ３５において、電力の安定化のために、図１１に示すようなＳＯＣに応じたバイアス電力を充電出力から減算するようにしてもよい。

ステップＳ３４の判定で、所定範囲内にＳＯＣがない場合にはステップＳ３７に進む。ステップＳ３７では、ＳＯＣが所定範囲の上限値ＳＨを超えているか否かを判定し、越えていればステップＳ３８に進み、図１０に示すようなＳＯＣに応じたバイアス電力（Ｐｄ）を放電出力に加算する。続くステップＳ３６で、バイアス電力を加算した充放電出力を信号値としてインバータ・コンバータ９に出力する。なお、ステップＳ３８において、電力の安定化のために、図１０に示すようなＳＯＣに応じたバイアス電力（Ｐｄ）を充電出力から減算するようにしてもよい。

ステップＳ３７の判定でＳＯＣが所定範囲の上限値ＳＨを超えていない場合には、ＳＯＣが所定値Ｓ０以下であり、ステップＳ３９に進み、ＳＯＣが所定値Ｓ０と所定範囲の下限値ＳＬの範囲にあるか否かを判定する。この所定の範囲内にＳＯＣがある場合には、ステップＳ４０に進み、電力の安定化のために、図１０に示すようなＳＯＣに応じたバイアス電力を充電出力に加算する。続くステップＳ３６で、バイアス電力を加算した充放電出力を信号値としてインバータ・コンバータ９に出力する。なお、ステップＳ４０において、電力の安定化のために、図１０に示すようなＳＯＣに応じたバイアス電力を放電出力から減算するようにしてもよい。

ステップＳ３９の判定で、所定範囲内にＳＯＣがない場合にはステップＳ４１に進む。ステップＳ４１では、ＳＯＣが所定範囲の下限値ＳＬ未満か否かを判定し、未満であればステップＳ４２に進み、図１０に示すようなＳＯＣに応じたバイアス電力（Ｐｃ）を充電出力に加算する。続くステップＳ３６で、バイアス電力を加算した充放電出力を信号値としてインバータ・コンバータ９に出力する。なお、ステップＳ４２において、電力の安定化のために、図１０に示すようなＳＯＣに応じたバイアス電力（Ｐｃ）を放電出力から減算するようにしてもよい。

ステップＳ４１でＳＯＣが下限値ＳＬ以上の場合には、ステップＳ３４に戻り、制御を繰り返す。

このように本実施形態は、電圧を検出することでＳＯＣを精度よく検出できるキャパシタの特性を用いて、キャパシタ充放電時にバイアス電力を加算してキャパシタシステム１０のＳＯＣを所定値Ｓ０に制御し、より高いＳＯＣに維持することで、充放電出力を増大して安定化を一層向上させることができる。

なお本実施形態では、バイアス電力を用いてＳＯＣを所定値に制御したが、バイアス電力に代えて図１３に示すように充放電出力率を用いてもよい。ここで、充放電出力率は、充放電出力が０の時の１００％を基準として、発電電力と目標発電電力との差に基づく比率を乗算して算出される値であり、充電時には＋側の値とし、放電時には−側の値とする特性を備える。

本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明の電気二重層キャパシタ電力貯蔵装置は、風力発電設備の他、例えばハイブリッド電車用キャパシタシステム、ハイブリッド産業車両、電話局等従来の鉛電池等に用いられる非常用電源装置等に利用できる。

本発明の実施形態を示す風力発電設備の構成図。同じく電力貯蔵装置の構成図。第１の実施形態の充放電出力制限制御の制御内容の概念図。充放電出力制限制御の制御内容を説明するフローチャート図。他の充放電出力制限制御の制御内容の概念図。第２の実施形態の充放電出力制限制御の制御内容の概念図。充放電出力制限制御の制御内容を説明するフローチャート図。他の充放電出力制限制御の制御内容の概念図。バイアス制御なしのキャパシタシステムの運転時間とＳＯＣとの関係を示す図。バイアス電力の特性図。バイアス制御ありのキャパシタシステムの運転時間とＳＯＣとの関係を示す図。バイアス制御の内容を説明するフローチャート図。バイアス電力に相当する他の特性図。

符号の説明

１風力発電機
２電力系統
３送電経路
５電力貯蔵装置
６、７変圧器
９インバータ・コンバータ
１０キャパシタシステム
１２有効電力検出器
５０キャパシタシステムコントローラ
５１、５２信号線
５３インバータ・コンバータコントローラ

Claims

発電設備を電力系統に連系する送電経路と、
送電経路の発電設備と電力系統との間に接続される電力貯蔵装置とから構成され、
前記電力貯蔵装置は、
所要数の電気二重層キャパシタから構成されるキャパシタシステムと、
発電設備の出力が目標レベルを上回ると送電経路からその差分の電力をキャパシタシステムへ供給する一方で発電設備の出力が目標レベルを下回るとキャパシタシステムからその差分の電力を送電経路へ供給することで発電設備の出力を安定するように制御する電力制御手段と、
を備える電気二重層キャパシタ電力貯蔵装置において、
前記電力制御手段は、
前記キャパシタシステムの充電率を前記キャパシタシステムの電圧から算出し、算出した充電率が所定範囲にあるように前記キャパシタシステムの充放電を制御し、
前記キャパシタシステムの充電率が前記所定範囲の上限値及び下限値の近傍にそれぞれ設定した所定値を越えた場合に、前記差分の電力を制限し、前記キャパシタシステムの充電率が前記上限値または下限値に達したときには前記差分の電力が零となるように前記キャパシタシステムの充放電を制御し、前記キャパシタシステムの過充電または過放電を防止することを特徴とする電気二重層キャパシタ電力貯蔵装置。
前記差分の電力の制限量は、前記キャパシタシステムの充電率に応じて設定されることを特徴とする請求項１に記載の電気二重層キャパシタ電力貯蔵装置。
前記電力制御手段は、
前記キャパシタシステムの温度を検出し、検出した温度が所定範囲にあるように前記キャパシタシステムの充放電を制御し、
前記キャパシタシステムの温度が前記所定範囲の上限値の近傍に設定した所定値を越えた場合に、前記差分の電力を制限し、前記キャパシタシステムの温度が前記上限値に達したときには前記差分の電力が零となるように前記キャパシタシステムの充放電を制御し、前記キャパシタシステムの過昇温を抑制するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電気二重層キャパシタ電力貯蔵装置。
前記差分の電力の制限量は、前記キャパシタシステムの温度に応じて設定されることを特徴とする請求項３に記載の電気二重層キャパシタ電力貯蔵装置。
前記キャパシタシステムの充電率に応じて前記差分の電力に所定値を加減算し、前記充電率を一定値に制御することを特徴とする請求項１または３に記載の電気二重層キャパシタ電力貯蔵装置。
前記キャパシタシステムの充電率が所定の充電率より低い場合には、前記キャパシタシステムへ供給する差分の電力に第１所定値を加算し、前記キャパシタシステムの充電率が所定の充電率より高い場合には、キャパシタシステムから送電経路へ供給する差分の電力から第２所定値を減算することを特徴とする請求項５に記載の電気二重層キャパシタ電力貯蔵装置。