超级电容器用于改善微电网电能质量的研究
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摘 要 微电网属于一种新型能源管理与供应技术，代表着电力系统新的发展方向。但由于其组成的特殊性，供电过程出现一些不稳定和不连续性等问题，直接影响到供电质量。利用超级电容器功率密度大，充放电速度快等特性，将其连于微电网中作为储能装置，能够很好的解决微电网中出现的电能质量问题。
关键词 微电网；超级电容器；电能质量
中图分类号TM7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）98-0080-02
随着社会的发展，人们的关注点不仅仅着眼于技术的发展，也开始关注绿色能源和生态环境。诸如风力发电、光伏发电等可再生发电单元都可以通过微电网整合在一起。微电网在运行中会出现电压暂将、瞬间停电会影响到其稳定性。本文提出在将超级电容储能系统应用于微电网中，应用其特性，解决微电网中出现的一些电能质量问题。
1 微电网
1.1微电网概念
微电网也称微网，是由一组微电源、负荷、储能系统和控制装置构成的系统单元。微电网是一个能偶实现自动控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可孤立运行。它是相对于传统大电网的一个概念，是指多个分布式电源及其相关负载按照一定的拓扑结构组成的网络，并通过静态开关关联至常规电网。开发和延伸微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入，实现对负荷多种能源形式的高可靠供给。
1.2微电网中存在的电能质量问题
微电源是微电网的重要组成部分。微电源主要来源于容量为几千瓦到几十兆瓦的可再生能源，如风力发电、太阳能发电等。在微网上，由风力发电、光伏发电组成的微电源可实现互为补充，通过公共耦合点各微电源还可并联于大电网。但由于再生能源本身的缺陷，如风力不稳定，太阳能昼夜不均等，在供电过程中会出现不稳定和不连续的问题，会直接影响到微电网的供电质量，出现电压暂降、电源中断等问题。而近年来，由于大容量非线性负荷接入电网，其产生的变化速度快、持续时间短的冲击负荷影响到电网的稳定运行。电网参数可能会受到短时电压中断或电压暂将的影响，直致混乱 。冲击负荷对规模小、惯性不大的微电网的影响更是十分严重的。
2超级电容器
2.1超级电容器简介
超级电容器也称为电化学电容器。其极板为活性炭材料，具有极大的有效表面积，容量大。超级电容器利用电荷在电极和电解质的界面之间自发的分配形成阴阳离子层，从而达到保存能量的目的。充电速度快，在数分钟甚至几十秒内完成整个充电过程。因此超级电容器具有功率密度大、能量密度高、充放电时间短、使用寿命长、不易老化的优点 。
超级电容器短时放电能量足可满足5s的电压暂降或者短时中断的要求，瞬时特性强，而且放电后充电速度快，短时间内即可充满电，维护工作量小，通过模块化实现扩容。微电网中出项的电能质量问题通常具有出现频率高、持续时间短的特点。而上述问题可利用超级电容器充放电速度快，短时释放能量高的特性来解决。
2.2超级电容储能系统
正常运行时，储能系统将整流器提供的直流电能存储于超级电容器中，当供电系统不稳定或负荷侧波动较大时，系统所需的能量可以通过逆变器将超级电容器中存储的能量提取出来供给负荷，使供电质量得到了保证。
3.1提供短时供电
微电网可运行于以下两种模式：第一种模式为并网模式，微电网中的频率和电压调节是由大电网负责，主电网提供微网中的功率不能满足负荷要求时缺少的那一部分能量，另一种模式为孤岛运行，微电网提供负荷需要的全部能量，各微电源之间通过调节各自的能量输出，在微网内实现了功率平衡的要求。并网模式与孤岛模式两者之间可实现相互切换。但在切换过程中，功率不平衡的现象时有发生，利用超级电容器功率密度大，放电速度快，容量大的特点，提供短时供电，从而避免出现供电波动等电能质量问题，实现了两种模式的平稳过渡。
3.2提供能量缓冲
由可再生能源如太阳能、风能、生物能提供的微电源，其受外界环境影响较大，风力的不稳定、太阳能的不均衡，使时时输出功率极不稳定，输出的总功率不能处于一个稳定值的范围内，影响了微电网的稳定运行。超级电容器功率密度高，当负载侧需求较低时，超级电容器储存多余的电能，一旦出现负荷突变或是其他功率供应不足时，将超级电容器中存储的电能释放出来，提供缺少的那一部分能量，缓解暂时的能量供应问题。微电网中存在的电梯、地铁站中的负荷，启动电流较大，产生很大的负面冲击，将超级电容器加入微电网中，适时的提供一部分能量，起到缓冲作用解决了电压骤降的问题。
3.3提高微网电能质量
孤岛模式运行下微电网的功率输出由微源提供，要求微源提供的电压和频率要稳定在一个规定的范围，提供稳定、可靠的电能供应给负荷；此外，微电网要实现并入大电网，对微电网的要求也是十分高的，如电流谐波畸变率、负荷功率因数等方面必须满足要求。
超级电容器储能装置通过逆变器将存储的直流电逆变为交流电后为用户及电网提供功率保证，电能质量得到了提高。对于电网中出现的电压波动、瞬时功率供应不足的问题，利用超级电容器充放电速度快的特点，也可以得到很好的解决。
4 结论
超级电容器具有功率密度大、能量密度高的特性，将其作为储能装置应用于微电网中，作为能量补充，解决了由于微电网中出现的电压暂将、短时中断等电能质量问题。
参考文献
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