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，可以反復充放電數十萬次。超級電容器可以被視為懸浮在電解質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。

　　隨著科學技術的發(fā)展和產業(yè)規(guī)模的擴大，經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備，如：機器人、自動化生產線、精密數控機床、高精度測量儀器及計算機信息管理系統等。這些系統和設備對電網的各種干擾十分敏感，任何電能質量問題都可能造成重大的經濟損失，帶來不良的社會影響。在用戶電能質量問題投訴中，90%以上涉及電壓暫降問題；統計數據和案例反映顯示，造成用電設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構的敏感負荷設備，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)用電設備停止工作，或造成所生產的產品質量下降，其后果嚴重程度因用電設備的特性而異。

　　電壓暫降的治理是一項復雜工程，通常通過設置輔助設備使主設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備。目 前國內外研究的電壓暫降治理裝置主要有交流系統的動態(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補償設備，因 UPS使用壽命短、放電電流小且充電時間長等特性，系統的性價比較低；如果加裝交流系統DVR等裝置，因系統主電路存在2 個逆變電路，不僅降低了系統工作效率，而且還增加了成本。針對具有整流逆變結構的設備，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 電壓暫降治理系統主電路