详解：超级电容器储能技术及其应用

　　3.3电力系统中的应用

　　高压变电站及开关站使用的绝大多数是电磁操动开关机构，专门配有电容储能式硅整流分合闸装置作为分合闸操作、控制、保护用的直流电源。但是，电容储能式装的电解电容容量有限、可靠性差。文献[6]研究表明，超级电容器保证了分闸能量供应的绝对可靠，同时保留了传统电容储能式硅整流分合闸装置的优点。

UPS往往是在电网断电或电网电压瞬时跌落最初的几秒、几分钟起决定作用，蓄电池在这段时间提供电能。由于蓄电池自身的缺点(需定期维护、寿命短)，使UPS在运行中需时刻注意蓄电池的状态。文献[7]研究了在数据保护的备份系统中，需UPS提供的时间相对较短，这时超级电容的优势尤为明显，其输出电流可以几乎没有延时地上升到数百安培，而且充电速度快，可以在数分钟内实现能量存储，所以在下次电源故障时又可以起用。尽管超级电容器的储能所能维持的时间很短，但当储能时间约在1min时，有无可比拟的优势，具有50万次循环和10a不需护理，使UPS真正实现免维护。

　　文献[8]提出了基于双电层电容储能的静止同步补偿器(STATCOM)，可用来改善分布式系统的电压质量，特别是在300～500kW功率等级，将逐渐替代传统的超导储能。经济方面，同等容量的双电层电容储能同超导储能装置费用相差无几，但双电层几乎不需运行费用，而超导储能则需相当的制冷费用。

　　文献[9]介绍了超级电容器在光伏发电中的应用。超级电容器可以在仅高于其漏电流状态下充电，这一特性在与光伏发电中即使在阴天光伏电池也能对超级电容器充电，提高了光伏发电和微弱电流充电的有效性。

　　2005年，由中国科学院电工所承担的“863”项目“可再生能源发电用超级电容器储能系统关键技术研究”通过专家验收。该项目完成了用于光伏发电系统的300Wh/1kW超级电容器储能系统的研究开发。

　　变频调速器对电压十分敏感，而由于电网各种故障和操作会出现瞬时低电压现象，利用超级电容器快速充放电的特性，可以实现变频器低电压的跨越，保证变频调速器的正常运行。

　　2005年美国加利福尼亚建造了一台450kW超级电容器储能装置，用以减小950kW风力发电机组向电网输送功率的波动。在新加坡，ABB公司利用超级电容器储能的DVR装置安装在4MW的半导体工厂，该装置可以实现160ms的低电压跨越。

　　超级电容器单体的电压低，模块化的也不超过100V，不能直接用于电力系统。可以采用两种方式提高电压等级：将超级电容器直接串联提高电压等级;文献[10]将超级电容器模块连接BoostDC/DC变换器，然后经过逆变器与电网连接，为了实现更高的电压等级，还可以在逆变器与电网间加入升压变压器。第一种方式存在均压的问题，升压范围有限，通常采用第二种方式实现储能和供电。

　　目前，超级电容器大多用于高峰值功率、低容量的场合，随着超级电容器材料的研发，功率密度和能量密度的不断提高，在电力系统中的应用范围将更加广阔。

　　4应用中注意的问题

　　超级电容器具有固定的极性，在使用前应确认极性。超级电容器应在标称电压下使用：当电容器电压超过标称电压时会导致电解液分解，同时电容器会发热，容量下降，而且内阻增加，寿命缩短。超级电容器不可应用于高频率充放电的电路中，高频率的快速充放电会导致电容器内部发热，容量衰减，内阻增加，在某些情况下会导致电容器性能崩溃。

　　当超级电容器进行串联使用时，存在单体间的电压均衡问题。单纯的串联会导致某个或几个单体电容器过压，从而损坏这些电容器，整体性能受到影响。

　　5结语

　　超级电容器的出现，解决了能源系统的功率密度和能量密度之间的矛盾。随着超级电容器的进一步发展，将取代当前电动汽车需频繁充电和更换的蓄电池，而且家用储能超级电容器也有可能实现。太阳能、风能和燃料电池等无污染能源将储存在超级电容器中，不断提供电能，不需要投资大的发电站，也不需要复杂的输送电网，是一种应用再生能源和投资少的节能措施。