超级电容在电力系统中的应用

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1、超级电容在电力系统中的应用链接：www.china-nengyuan.com/tech/93817.html来源：中国新能源网china-nengyuan.com超级电容在电力系统中的应用123董均宇，杨洋，王雨(1.云南电网公司，昆明650051；2.云南电网公司电力研究院，昆明650217；3.云南电网公司博士后及研究生工作站，昆明650217)摘要：对超级电容的工作原理、运行特点、充放电特性以及在电力系统中的应用进行了较全面的介绍，还利用Matlab/Simulink仿真软件搭建了超级电容的工程简化模型，对超级电容用作储能系统来平抑分布式光伏系

2、统发电功率进行了仿真。1前言超级电容器是介于化学电池与普通电容器两者之间的一种新型储能元件，由于它具备超大电容量、高功率密度、充放电速度快、转换效率高、控制简单、无污染、循环寿命长、使用温度范围宽等诸多优点，使其越来越受到各国的重[1－2]视，并已在多个领域内得到了广泛的应用。近年来，电力系统中的超级电容器运用也越来越多，由于超级电容器可在短时间内提供大功率输出，根据这一特性，可以用来提高用电可靠性和改善电能质量，例如将超级电容用来平抑分布[3][4－5][6]式能源发电功率、动态电压调节器、大规模电力储能系统[7]、高压变电站及开关站的电容储能式硅

3、整流分合闸装置中的直流电源等。文献[5]设计了一种基于超级电容器储能系统的动态电压调节器，该调节器在设计时，直流侧储能单元采用超级电容，这种设计可以在电源电压骤降时，利用超级电容快速放电特性补偿跌落点无功功率，达到维持负荷电压稳定的目的。以下对超级电容的工作原理、运行特点、充放电特性以及在电力系统中的应用进行了较全面的介绍，还利用Matlab/Simulink仿真软件搭建了超级电容的工程简化模型，对超级电容用作储能系统来平抑分布式光伏系统发电功率进行了仿真。2超级电容器的原理和特点2.1超级电容器原理超级电容器主要是由电极、电解质、隔膜、引线和封装材

4、料等组成。按存储能量的机理不同可分为双电层电容(Elec[8－9]tricdoublelayercapacitor，EDLC)和赝电容(Pesudocapacitor，也叫法拉第准电容)。双电层电容的机理是插入电解质溶液中的金属电极上的静电荷会吸引电解液中的极性相反的离子，并在电极/溶液界面形成一个剩余电荷数量相等的界面层。当在正负电极上施加电压后，在电场的作用下电解液中的阴、阳离子会迅速向电极移动移动，在电极表面形成双电层，它所形成的双电层和传统电容器中的极化电荷相似，从而产生电容效应。赝电容是电活性物质在电极材料表面或体相的二维或准二维空间上发生

5、欠电位沉积，进行高度可逆的氧化/还原或吸附/脱附化学反应，产生与电极充电电位有关的电容。由于氧化/还原或吸附/脱附反应，电荷存储不仅包括双电层还包括电极内部，这就大大提升了赝电容的容量。相同电极面积下，双电层电容的容量仅有赝电容的1%～10%。2.2超级电容器特点超级电容器作为一种新型的储能元件，具有如下优点：1)超高的容量。相同体积情况下，超级电容的容量可以比电解电容器大几千倍。2)高功率密度。超级电容器能在很短的时间内输出高达几百甚至几千安的电流，相比同体积的电池而言，其功率密页面1/6超级电容在电力系统中的应用链接：www.china-neng

6、yuan.com/tech/93817.html来源：中国新能源网china-nengyuan.com度达10倍以上，对于短时间需要大功率输出的场合，超级电容器非常适合。3)循环寿命长，充放电效率高。由于超级电容器的充放电过程只有电荷的转移，属于物理过程，其间没有化学反应。这一特点使得超级电容器的放电循环次数达到10万次以上，且充放电速度是同体积蓄电池的100倍以上。4)可以承受短时间内的过电压，对过充、过放承受能力较强。5)温度范围宽，达–40℃～+70℃(一般电池是－20℃～+60℃)，且无污染，免维护。当然超级电容也有一些缺点，例如：能量密度偏

7、低，漏电流较大，单体工作电压低等。2.3充放电特性为了研究超级电容的充放电特性，采用单体超级电容来做充放电特性测试实验，采样间隔为1s，其中的单体超级电容选用的是迈凯嘉华新能源公司的UCPY3000F，其电容容量为3000F，额定电压为2.7V，充放电特性如图1所示。从图1中可以看出：1)当对超级电容充放电时，超级电容的电压会不断变化，且充放电电流越大，电压变化的斜率越大，充放电循环也就越快，相应的充放电功率也就越大。2)当充放电停止时，超级电容会有一个稳定的电压，且该电压相较充放电结束时刻电压值有个小幅度的降低，这是页面2/6超级电容在电力系统中的

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