1.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两种模式的平稳过渡。 2.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。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。
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在所有备份燃料电池应用中,当主电源断掉后,备份电源需要立刻提供电源。因为燃料电池从启动到满功率运行一般需要10秒到60秒的启动时间,所以它需要一个能量缓冲器。电池或超级电容便可充当这个能量缓冲器。由于所需的缓冲能量很少而可靠性一定要有保证,所以超级电容是这种应用的较好选择。如今,越来越多的燃料电池公司在考虑将超级电容作为整个备份电源封包的一个组成部分。 为满足这种需求,全球的超级电容生产商为备用电源市场提供了许多电池和模块。这些电池和模块能够以并行/串行的形式放置,以满足不同的容量和电压需求。随着更多的超级电容产品问世,以及可用的产品越来越多,设计工程师可像使用其它无源器件一样使用超级电容。 超级电容在成为备用电源的标准器件方面取得了很大进步。大约十年前,超级电容还只是实验室里的样品,每年只有少量销售,每法拉容量的价格在1美元到2美元之间。如今,这些已实现批量生产的器件被视为标准器件,每法拉容量的价格仅0.01到0.02美分。随着超级电容的产量增长以及价格下降,许多设计工程师正在将超级电容作为标准的能量存储器件使用,以满足备份电源对高功率和高可靠性的要求。
超级电容特性
超级电容的特性和电池相比有很多不同。主要的区别在下面的表中列出。电池比相同尺寸的超级电容储存更多的电能,但是在很多功率决定尺寸的储能设备的应用中,超级电容或许是好的解决方案。 1.超级电容可以传送频繁脉冲的能量而没有任何有害效应,而许多电池都会在频繁的大功率脉冲工况下减少寿命。 2.超级电容能在相当短的时间内完成充电,而快速充电常常会损坏电池。 3.超级电容的循环周期是数万次的,而电池的寿命通常是几百次到1000、2000次。 4.基于低内阻的超级电容比电池效率更高;在实际应用中超级电容84%~95%的转换效率比多数电池低于70%的平均效率高出许多。 5.超级电容能在其许用电压范围中的任何电压值下充电,并且能够完全放电。这就允许在总线电压控制算法中更自由的设计。而电池过放电也是会损坏的。 6.计算超级电容中的储能值只需要知道电压和电容值。而超级电容的电容值可以通过测量电流和电压的变化值实时的计算出。而正确的得到电池的储能值需要经过多重复杂的计算,电池的容量通常也是未知的,而且实时地测算也是很困难的。 7.超级电容有更宽的工作温度范围,甚至可以在低至-40℃的温度下正常工作。而多数电池在温度低至-10℃时就不能工作。 8.超级电容通过极化高比表面积电极中的电解质工作,电解质、电极和隔离层材料的特性决定了超级电容的电容量性能。高比表面积的电极和小的带电离子决定了高的电容量;而好的电解质、隔离层和材料,以及工艺设计决定了低的阻抗。 因为超级电容的能量储存不依赖化学反应,所以它和电池有着根本上的区别。