Page 15 - 电力与能源2024年第一期

王岚青，等：基于超级电容储能的电压暂降综合治理技术研究 9

降治理技术，才能更好地适应高端制造领域的供 含由电解质填充孔隙所形成的正极、负极以及电
电需求 ［4-5］ 。 极之间的隔膜。超级电容结构由多孔电极材料、
本文针对现有电压暂降解决方案成本高、能 集流体、多孔性电池隔膜和电解质组成，电极材料
耗大的现状，提出基于超级电容瞬时储能的智能 应与集流体紧密相连，隔膜一般为纤维结构的电
动力设备电压暂降治理方案，可有效解决大型装 子绝缘材料，如聚丙烯薄膜，应满足离子电导尽可

备企业、发电厂、精密数控机床、高压调速动力设 能高、电子电导尽可能低的条件，并根据电极材料
备的供电电压暂降难题，同时具有成本低廉、设备 的性质选择电解液的种类。
简单、可推广性强等优点，有着极好的社会效益与 2.2 超级电容的工作原理
经济价值 ［6-8］ 。 根 据 储 能 机 理 进 行 划 分 ，将 超 级 电 容 分 为
两类。
1 常规电压暂降治理技术
（1）双电层电容器：基于高比表面积电极材料

常见的应对电压暂降的方法有不间断电源 与溶液间界面双电层原理。
（UPS）、实 时 控 制 型 动 态 电 压 调 节 器（AVC- （2）赝电容器：基于电化学欠电位沉积或氧化
RTS）和动态电压恢复器 ［9，10］ 。 还原法拉第过程。
（1）UPS 或 RTS，有在线方式和备用方式两 这两种电容器虽然机理互不相同，但是并不

种工作状态。在线状态下可以有效抑制电压暂 互相排斥。大比表面积准电容电极的充放电过程
降，但能耗较大；备用状态下响应速度受到影响， 会形成双电层电容，双电层电容电极的充放电过

且电池维护成本高，故长兴辖区内海洋装备企业 程。同时有赝电容氧化还原过程发生。在外加电
暂未进行安装。若对 UPS 或 RTS 进行改进，在线 场的作用下，浸在电解质溶液中的固体电极，电荷
状态主要问题在于耗能过高，备用状态主要问题 将重新进行排列分布。同时，带正电的电极将吸
在于响应速度跟不上，可结合 5G 技术进行改造。 引电解液中的负离子，负极吸引电解液中的正离

（2）动态电压恢复器，目前已经可以做到 2 ms 子，进而形成了双电层。

内实现 100% 电压跌落补偿。该技术需要容量极 能量是在电极材料的界面上以电荷的形式存
大的储能电池。大容量低内阻电池的配置，价格 储的。充电时，电子从溶液相中分离出来，分别向
高昂且不利于消防安全，同时待机能耗也很大。 电极表面移动，通过外加电源从正极向负极方向
目前，能够高效率、低成本地实现电压暂降治 流动，同时形成双电层；电极上的正负电荷在充电
理的技术还未普及。 结束后，在正负两个极点之间产生相对稳定的电
位差，从而吸引溶液中相反的电荷离子，使双电层
2 超级电容结构与工作原理
稳定。放电时，电子由负极通过负载向正极流动，

超级电容有多种命名，比如双层电容器、法拉 在电极表面放出正负离子进入电中性的溶液相
第电容或者又称为黄金电容。作为一种新形式的 中，在外电路中产生电流。
储能元件，兼具电池和物理电容器的共同优点，既
3 基 于 超 级 电 容 储 能 的 电 压 暂 降 支 撑
可提供优于物理电容器的能量密度，又有比电池
电路
更长久的使用寿命和更高的功率密度。当前这种

电容器已经在工业领域得到了很好的产业化制造 本文设计的基于超级电容的电压暂降支撑补
和良好的应用推广 ［11-12］ 。 偿电路，通过对超级电容充放电电流的控制，实现
2.1 超级电容的结构 直流侧直接电压支撑。在外部交流电网电压跌落
构成超级电容的材料可能会因厂商或具体应 后，由于超级电容的快速放电支撑，可实现变频器
用需求而略有差异。所有超级电容的共性是都包 等动力变流器数秒钟的正常电压供电，因为超级