变电直流屏中超级电容充电电路探析

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1、变电直流屏中超级电容充电电路探析【摘要】70年代用的电解电容储能直流系统，投资小，维护量小，在110KV以下小型变电站得到广泛的应用。经过多年的运行暴露出一个致命的缺陷:由于储能电容的容量只有数千微法，事故分闸的可靠性差。在全国范围内造成多起事故。这类直流系统面临更新改造阶段。【关键词】变电直流屏；超级电容；充电电路随着世界科学技术的发展，随之产生了许多新型元器件并运用在各个领域，超级电容是其中之一，它是一种专门用于储能的特种电容，实现了电容量由微法向法拉级的飞跃，是一种理想的大功率物理电源。它不需要任何维护和保养，寿命长达10年以上，用它来代替老式电容储能硅整流直流屏和蓄

2、电池直流屏将产生革命性的进步。首先我们将超级电容直流屏与蓄电池直流屏的性能进行对比。1、蓄电池过充电、过放电都会缩短使用寿命，而超级电容不存在过充电、过放电的问题，只需限制每一个超级电容单元的最高充电电压就行了。2、蓄电池有较大的维护量，即便是免维护蓄电池，同样需要维护；而超级电容只需定期检测其容量是否下降就行了，做到了真正意义上的免维护。3、蓄电池一旦过放电，要恢复其容量得充电数小时；而超级电容恢复到额定电压，仅需几分钟。电网停电后，直流屏依靠蓄电池放电来维持直流母线电压，电池组的能量究竟有限。停电时间过长，会使电池的能量放完，如不加限制，必然会导致电池组电压下降到终止电

3、压以下而受损，甚至无法再充电而报废。而超级电容当电网停电后，在带有经常性负荷的情况下仍可保证几百次的跳闸和数次合闸。假如是母线短路，引起电网电压过低，只要继电保护能正确动作，在短短的几秒钟内，更能可靠的跳闸，事故跳闸后，没有必要维持一定时间的直流供电。当事故处理完毕后，电网恢复供电，在几分钟内，将超级电容充满电,实施合闸。为了解决串联超级电容分压不均长期使用而损坏的问题，美国MAXC(DOUBLELAYERCAPACITORSPRODUCTINFORMATION&APPLICATIONDATA)公司双电层电容器(超级电容器)产品信息和应用资料上介绍的两种简单方法图1、图2所

4、示，但这两种电路只适用于在相对负载小的设备中运用，其次，分压电阻消耗能量大，充电电流相对也不能太大，使用范围比较窄。在直流屏中合闸电压直流220V,电流lOOAo超级电容标称容量1.2F,耐压280Vo超级电容耐压高容量大，必须将82只容量100F耐压3.4V大容量超级电容串联起来使用才能达到目的。为了克服以上串联使用存在的问题，我提出以下方案共探讨。具体实施方案。图3所示，实用串联多个大容量超级电容使用的方块图，在图3中以三个大容量超级电容A、B.C作为实施例说明，可看出在串联的两个大容量超级电容A、B与或B、C间连接有能量均衡装置1、la,该能量均衡装置1、la能检测到

5、两个大容量超级电容A、B或B、C的充电电压高低电位差，同时通过能量均衡装置，能够让每一大容量超级电容的电压均衡和达到能量均衡分布的效果，使其不论在充、放电时，均能让各大容量超级电容的电气特性保持一致,串联大容量超级电容通过能量均衡装置，会有效提升其整体电压稳定和功率输出，可提高推动直流屏操作机构跳闸、合闸可靠性，且达到能量均匀分布的状态；其中该能量均衡装置1、la旁按保护电路2、2a,令该保护电路2、2a得以检测大容量超级电容A、B、C的电压和温度变化，当有发现任一大容量超级电容A、B或C充、放电时电压高低异常（例如过高或过低）或是超过警戒温度，该保护电路2、2a均可发出警

6、告讯号，同时透过输出入端口3、3a通知该连接的充电或放电设备4、5进行处理，进而保护大容量超级电容A、B、C和其连接的充、放电设备4、5o图4为能量均衡装置的示意图，其中该能量均衡装置1,包含由控制单元11和第一、第二分配电路12、13所组成，且该控制单元11与两个大容量超级电容A、B并联，并通过以检测取得两个大容量超级电容A、B的电压，经其内部电路比较后，由控制单元11送出信号，以选择并致动第一或第二分配器12或13导通；该第一、第二分配器12或13分别与该大容量超级电容A、B呈并联状态，其间并具互斥连动的特性;例如当该控制单元11经比较两大容量超级电容A、B的耐压具有高

7、低差异时，即会输出一信号通知第一(或第二)分配器12或13导通，且使第二或第一分配器13或12截止，由于该第一或第二分配器12或13与大容量超级电容A、B并联，借此该电压较高的大容量超级电容A或B即会透过该第一或第二分配器12或13将电量输送往电压较低的大容量超级电容B或A,而达到电量均衡分布和能量均匀分布的状态。参考文献[1]闻超，邱瑞昌，赵晓红，韩啸一•基于超级电容的直流不间断电源设计[J].电源技术,2011(07).