超级电容器在微电网中的应用(1)

超级电容器(super capacitor)，又叫双电层电容器(Electrical Double-Layer Capacitor)、黄金电容、法拉电容，是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能元件[2]，其容量可达几百至上万法，比功率是电池的10倍以上，储存能力比普通电容器高，具有工作温度范围广、可快速充放电、循环寿命长、无污染、零排放等特点。

在微电网中，由负荷或者微电源导致的电能质量问题往往具有持续时间短、出现频繁的特点。相比较而言，作为短期储能装置，超级电容器更为理想,因此，主要考虑超级电容器在微电网中的应用。虽然目前超级电容器价格依然偏高，但随着价格的逐渐下降，超级电容器作为一种高效、实用、环保的能量存储装置，必然会成为理想的选择。

一、提供短时供电

微电网存在两种典型的运行模式:正常情况下，微电网与常规配电网并网运行,称为并网运行模式;当检测到电网故障或电能质量不满足要求时, 微电网将及时与电网断开从而独立运行, 称为孤网运行模式。微电网往往需要从常规配电网中吸收部分有功功率，因而微电网在从并网模式向孤网模式转换时，会有功率缺额，安装储能设备有助于2种模式的平稳过渡。

二、用作能量缓冲装置

由于微电网规模较小，系统惯性不大，网络及负荷经常发生波动就显得十分严重，对整个微电网的稳定运行造成影响。我们总是期望微电网中高效发电机(如燃料电池)始终工作在它的额定容量下。但是微电网的负荷量并非整日保持不变，相反，它会随着天气变化等情况发生波动。为了满足峰值负荷供电，必须使用燃油、燃气的调峰电厂进行高峰负荷调整，由于燃料价格很高，这种方式的运行费用太昂贵。

超级电容器储能系统可以有效地解决这个问题，它可以在负荷低落时储存电源的多余电能，而在负荷高峰时回馈给微电网以调整功率需求。储能系统作为微电网必要的能量缓冲环节，其作用越来越重要。它不仅避免了为满足峰值负荷而安装的发电机组，同时充分利用了负荷低谷时机组的发电，避免了浪费。

超级电容器功率密度大、能量密度高的特性使它成为处理尖峰负荷的最佳选择，而且采用超级电容器只需存储与尖峰负荷相当的能量。若采用蓄电池储能，需要存储几倍于尖峰负荷的能量。蓄电池曾经广泛用作储能单元，但是在微电网中需要频繁地进行充、放电控制，这样势必会大大缩短蓄电池的使用寿命。

在含有如电梯、提升机、地铁电站等恶性负荷的微电网中，配置超级电容器储能单元可以减少电力驱动系统对微电网的负面冲击影响。在负载侧有电动机或传动装置等强负载系统中，当大负载突然起动时，一般都需要一个很大的瞬间电流，这时，如果电源能量不足，电源电压将瞬间下降，从而使控制电路产生误操作，如果增大电源容量，对于平常不需大电流的工作场合来说，显然是一种浪费。而在系统中增加大功率超级电容器就可用较小容量的电源驱动较大的负载。

三、改善微电网的电能质量

人们对电能质量问题日益关注。一方面，微电网作为电网要满足负荷对供电质量的要求，保证供电频率以及电压幅值变化、波形畸变率以及年停电次数等在一个很小的范围内;另一方面，大电网对微电网作为整体的并入电网也提出了严格的要求，如负荷功率因数、电流谐波畸变率和最大功率等都有严格限制。

储能系统对微电网电能质量的提高起到了十分重要的作用。通过逆变器控制单元，可以调节超级电容器储能系统向用户及网络提供的无功及有功，从而达到提高电能质量的目的。由于超级电容器可快速吸收、释放大功率电能，非常适宜将其应用到微电网的电能质量调节装置中，用来解决系统中的一些暂态问题，如针对系统故障引发的瞬时停电、电压骤升、电压骤降等问题，此时利用超级电容器提供快速功率缓冲，吸收或补充电能，提供有功功率支撑进行有功或无功补偿，以稳定、平滑电网电压的波动。

对于风力发电、光伏发电等不可控的微电源，发电机输出功率产生的波动会使电能质量下降。该类电源与储能装置的结合是解决诸如电压跌落、涌流和瞬时供电中断等动态电能质量问题的有效手段之一。

四、优化微电源的运行

绿色能源如太阳能、风能，其能量来源本身的特性，决定了这些发电方式往往具有不均匀性，电能输出容易发生变化。随着风力和太阳光强度的变化，这些能源产生的电能输出也会发生相应的变化。这就需要使用一种缓冲器来存储能量[13-14]。由于这些能源产生的电能输出可能无法满足微电网峰值电能的需求，因此，可以采用储能装置在短时间内提供所需的峰值电能，直到发电量增大，需求量减少。