什么是超級(jí)電容器

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

　　超級(jí)電容器（supercapacitor，ultracapacitor），又叫電化學(xué)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(guò)極化電解質(zhì)來(lái)儲(chǔ)能。它是一種電化學(xué)元件、儲(chǔ)能過(guò)程是可逆的，可以反復(fù)充放電數(shù)十萬(wàn)次。超級(jí)電容器可以被視為懸浮在電解質(zhì)中的兩個(gè)無(wú)反應(yīng)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(fù)離子，負(fù)極板吸引正離子，實(shí)際上形成兩個(gè)電容性存儲(chǔ)層，被分離開(kāi)的正離子在負(fù)極板附近，負(fù)離子在正極板附近。

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，經(jīng)濟(jì)體各個(gè)部門(mén)的用電量在不斷增加，越來(lái)越多的用戶采用性能好、效率高但對(duì)電源特性變化敏感的高科技設(shè)備，如：機(jī)器人、自動(dòng)化生產(chǎn)線、精密數(shù)控機(jī)床、高精度測(cè)量?jī)x器及計(jì)算機(jī)信息管理系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)和設(shè)備對(duì)電網(wǎng)的各種干擾十分敏感，任何電能質(zhì)量問(wèn)題都可能造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，帶來(lái)不良的社會(huì)影響。在用戶電能質(zhì)量問(wèn)題投訴中，90%以上涉及電壓暫降問(wèn)題；統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和案例反映顯示，造成用電設(shè)備異常運(yùn)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(wèn)題，針對(duì)具有整流逆變結(jié)構(gòu)的敏感負(fù)荷設(shè)備，提出了一種利用超級(jí)電容器治理電壓暫降問(wèn)題的新思路。

　　1 電壓暫降

　　電壓暫降是指供電電壓在短時(shí)間內(nèi)突然下降的事件。國(guó)際電工委員會(huì)（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(xué)會(huì)（IEEE）則定義為下降到額定值的90%~10%，其典型持續(xù)時(shí)間為0.5~30個(gè)周波。嚴(yán)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(yán)重程度因用電設(shè)備的特性而異。

　　電壓暫降的治理是一項(xiàng)復(fù)雜工程，通常通過(guò)設(shè)置輔助設(shè)備使主設(shè)備負(fù)荷能承受頻繁發(fā)生的電壓暫降，本文研究的超級(jí)電容電壓暫降抑制裝置即為此類輔助設(shè)備。目 前國(guó)內(nèi)外研究的電壓暫降治理裝置主要有交流系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）及不間斷電源（UPS）等。對(duì)含直流母線的裝置，若加裝UPS補(bǔ)償設(shè)備，因 UPS使用壽命短、放電電流小且充電時(shí)間長(zhǎng)等特性，系統(tǒng)的性價(jià)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(gè)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(duì)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(jí)電容儲(chǔ)能的直流DVR裝置，將雙向半橋DC-DC變換器與超級(jí)電容器結(jié)合使用，通過(guò)雙閉環(huán)方式控制超級(jí)電容器的充放電，在系統(tǒng)發(fā)生電壓暫降時(shí)，通過(guò)支撐敏感負(fù)荷的直流母線電壓達(dá)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