什么是超級電容器

　　超級電容器從儲能機理上面分的話，超級電容器分為雙電層電容器和贗電容器。是一種新型儲能裝置，它具有功率密度高、充電時間短、使用壽命長、溫度特性好、節(jié)約能源和綠色環(huán)保等特點。超級電容器用途廣泛。

　　超級電容器（supercapacitor，ultracapacitor），又叫電化學電容器（Electrochemical Capacitor， EC）、黃金電容、法拉第電容；包括雙電層電容器（Electrostatic double-layer capacitor）和贗電容器（Electrochemical pseudocapacitor），通過極化電解質(zhì)來儲能。它是一種電化學元件、儲能過程是可逆的，可以反復充放電數(shù)十萬次。超級電容器可以被視為懸浮在電解質(zhì)中的兩個無反應活性的多孔電極板，在極板上加電，正極板吸引電解質(zhì)中的負離子，負極板吸引正離子，實際上形成兩個電容性存儲層，被分離開的正離子在負極板附近，負離子在正極板附近。

　　隨著科學技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴大，經(jīng)濟體各個部門的用電量在不斷增加，越來越多的用戶采用性能好、效率高但對電源特性變化敏感的高科技設(shè)備，如：機器人、自動化生產(chǎn)線、精密數(shù)控機床、高精度測量儀器及計算機信息管理系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)和設(shè)備對電網(wǎng)的各種干擾十分敏感，任何電能質(zhì)量問題都可能造成重大的經(jīng)濟損失，帶來不良的社會影響。在用戶電能質(zhì)量問題投訴中，90%以上涉及電壓暫降問題；統(tǒng)計數(shù)據(jù)和案例反映顯示，造成用電設(shè)備異常運行或停電的絕大部分因素也是由電壓暫降引起的。因此本文主要研究電壓暫降治理問題，針對具有整流逆變結(jié)構(gòu)的敏感負荷設(shè)備，提出了一種利用超級電容器治理電壓暫降問題的新思路。

　　1 電壓暫降

　　電壓暫降是指供電電壓在短時間內(nèi)突然下降的事件。國際電工委員會（IEC）將電壓暫降定義為電壓均方根值下降到額定值的90%~1%，電氣與電子工程師學會（IEEE）則定義為下降到額定值的90%~10%，其典型持續(xù)時間為0.5~30個周波。嚴重的電壓暫降將引發(fā)用電設(shè)備停止工作，或造成所生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量下降，其后果嚴重程度因用電設(shè)備的特性而異。

　　電壓暫降的治理是一項復雜工程，通常通過設(shè)置輔助設(shè)備使主設(shè)備負荷能承受頻繁發(fā)生的電壓暫降，本文研究的超級電容電壓暫降抑制裝置即為此類輔助設(shè)備。目 前國內(nèi)外研究的電壓暫降治理裝置主要有交流系統(tǒng)的動態(tài)電壓恢復器（DVR）及不間斷電源（UPS）等。對含直流母線的裝置，若加裝UPS補償設(shè)備，因 UPS使用壽命短、放電電流小且充電時間長等特性，系統(tǒng)的性價比較低；如果加裝交流系統(tǒng)DVR等裝置，因系統(tǒng)主電路存在2 個逆變電路，不僅降低了系統(tǒng)工作效率，而且還增加了成本。針對具有整流逆變結(jié)構(gòu)的設(shè)備，我們研發(fā)了一種基于超級電容儲能的直流DVR裝置，將雙向半橋DC-DC變換器與超級電容器結(jié)合使用，通過雙閉環(huán)方式控制超級電容器的充放電，在系統(tǒng)發(fā)生電壓暫降時，通過支撐敏感負荷的直流母線電壓達到治理電壓暫降的目的（圖1）。

　　圖1 電壓暫降治理系統(tǒng)主電路