【正文】 本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，如果沒有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。謝謝你們，我的父親母親！ 在論文的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過了。生我者父母。通過超級(jí)電容器，其功率密度大，充放電效率高，循環(huán)壽命長，非常適應(yīng)于大功率充放電 和循環(huán)充放電的場(chǎng)合。 2. 對(duì)現(xiàn)如今直流電源的問題做出了分析，從而以超級(jí)電容器彌補(bǔ)它的缺點(diǎn)。二者結(jié)合起來，無疑會(huì)大大提高儲(chǔ)能裝置的性能。如果僅采用超級(jí)電容器儲(chǔ)能組成直流電源，雖滿足分合閘操作要求，但一些重要的變電站在電網(wǎng)停 電后需要 2～ 4小時(shí)的直流供給，超級(jí)電容器的能量密度比較低，無法保證長時(shí)間的持續(xù)供電。這種超級(jí)電容器直流電源由于沒有蓄電池，不需要復(fù)雜的充電電路，真正實(shí)現(xiàn)了免維護(hù)，大大降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。模擬當(dāng)電網(wǎng)失電后，由電容放電來維持直流母線電壓的試驗(yàn)。在一些重要變、配電站 (如 110kV 及以上級(jí)別的變電站 )這是必要的功能，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 15 然而有些不重要的末端站及用戶站，實(shí)際上并不需要停電后長時(shí)間的直流供給。有些用戶不得不將其換成小容量的蓄電池組，其目的就是為了能保障分閘的能量。由于這些問題的存在，如果發(fā)生站內(nèi)短路事故，所用變電壓將迅速降低，此時(shí)若蓄電池組不能提供 足夠的能量跳開斷路器，將發(fā)生越級(jí)跳閘事故；如果當(dāng)交流供電電源停電或直流穩(wěn)壓器有故障時(shí)，又不能提供足夠的合閘能量。 超級(jí)電容器應(yīng)用于直流電源問題的 引出 我國 20 世紀(jì) 60～ 80 年代建設(shè)的 35kV 變電站及 10kV 開關(guān)站，絕大多數(shù)高壓開關(guān)（斷路器）操動(dòng)機(jī)構(gòu)是 CD－ X 型電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)。 2. 密封鉛酸蓄電池直流電源 由于鎘鎳蓄電池維護(hù)量大，一種免維護(hù)密封鉛酸蓄電池 (簡稱閥控蓄電池或 VRLA電池 )開始得到廣泛應(yīng)用。過充電會(huì)使電池冒液，在電池外表及連接片上產(chǎn)生墨綠色氧化物，腐蝕構(gòu)件，降低絕緣，使自放電增加。在使用中用同一個(gè)充電電源，向同一負(fù)荷放電，久而久之由于個(gè)別電池的特性差別越來越大，而影響整個(gè)裝置性能。直流控制負(fù)荷包括電氣和熱工系統(tǒng)的控制電路、信號(hào)回路、保護(hù)路、通信設(shè)備、自動(dòng)裝置、事故照明和某些執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，直流動(dòng)力負(fù)荷包括斷路器合閘的操作機(jī)構(gòu)，火電廠中的汽輪機(jī)潤滑油泵、發(fā)電機(jī)氫密封油泵及給水潤滑油的直流電動(dòng)機(jī)等，直流電源系統(tǒng)，作為變電站中不可或缺的二次設(shè)備，對(duì)發(fā)電廠變電站正常、安全運(yùn)行乃至整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，都起著極為重要的作用。 超級(jí)電容器的充放電性能 超級(jí)電容器的充電性能 目前 ,高 壓開關(guān)柜的操作機(jī)構(gòu)大多采用 CD CD CD17等型號(hào) ,其合閘電流一般在 100A～ 200A,超級(jí)電容器完全可以在短時(shí)間內(nèi)提供這樣大的電流 ,經(jīng)過對(duì)直流屏的簡單改造 ,完全可以替代蓄電池對(duì)電磁操作機(jī)構(gòu)供電 .下面以直流屏 PZGN— 10為例 ,取其電路參數(shù)進(jìn)行分析 .電路圖如圖 1. 其中 R1——— 浮充電流控制開關(guān) R′ ——— 限流電位器 C——— 超級(jí)電容器( )因圖中 R1的阻值為 15Ψ ,功率 P為 100 W,選型較小 ,而電容器初始電壓為 0,內(nèi)阻只有 ,如果替代蓄電池其初始充電電流較大 ,因此須在浮充電器中加一個(gè) 合適的限流電阻 ,開始充電時(shí)將其調(diào)至最大位置 ,電容器端壓升高后 ,再把 R調(diào)至最低 ,保證浮充過程中電流平穩(wěn) ,按照以上線路對(duì)電容器進(jìn)行充電 ,其過程按 RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)進(jìn)行分析計(jì)算 ,大約需要 T=RC為 15分鐘左右 ,電容器端電壓達(dá)額定值 . 超級(jí)電容器的放電性能 考慮直流屏的電源主要是為高壓開關(guān)柜提供的 ,放電過程主要是通過合、分閘線圈完成的 .以 CD10操作機(jī)構(gòu)為例 ,其合閘線圈電阻為 R= ,合閘時(shí)間 =內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 12 秒 ,蓄電池組由 180節(jié)、 V、 20 Ah鎘鎳電池組成 ,充足電后電壓可達(dá) 230 V、內(nèi)阻 =＊ 180= .選用電容器 2只 220 V～ 260 V、 F的超級(jí)電容器并聯(lián)組成的電容器組 ,并聯(lián)后內(nèi)阻 r= ,電壓為 230 V,為便于比較 ,如圖 2所示 ,為蓄電池和電容器的放電回路。然而在典型的微孔活性炭中，這一情況卻完全不同。而有序介孔碳材料不僅具有高比表面積，而且孔徑較大，孔道排列有序，有利于電解液離子的擴(kuò)散，因此可以成為超級(jí)電容器的優(yōu)良電極材料。它的誘人之處還在于其在燃料電池，分子篩，吸附，催化反應(yīng)，電化學(xué)等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價(jià)值。具有高比表面積、更適宜的小于 1 nm的孔徑以及微孔和中孔率達(dá)到良好平衡的炭材料具有最佳電容行為。一般的，孔道越多，電導(dǎo)率就越低。他們重點(diǎn)研究了在 1． 5 M的乙腈 TEBF4電解液中，炭材料的孔徑對(duì)電荷儲(chǔ)存的影響。此研究結(jié)果清晰地證明了在離子尺寸和炭材料的孔徑之間必須找到一個(gè) 折衷點(diǎn) 。為優(yōu)化活性炭在有機(jī)電解液中的電容行為，必須選擇一種具有適合傳輸電解液離子 的孔道的活性炭材料。近期的研究發(fā)現(xiàn)，在水相電 解液中，比表面積僅為 1300 m2． g1的炭材料其電容值可高達(dá) 175 F． g1。我們很容易在文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)這樣一個(gè)觀點(diǎn)： BET表而積越高，電容值越高。眾所周知，微孔 (2 nm)在形成電化學(xué)雙電層的過程中起到很重要的吸附作用。研究發(fā)現(xiàn)炭材料的電化學(xué)導(dǎo)電性嚴(yán)重影響電化學(xué)雙電層電容器的厚度。炭材料能在不同的溶液中 (從強(qiáng)酸到強(qiáng)堿 )保持化學(xué)性質(zhì)的穩(wěn)定，并且能在較寬的溫度范圍下工作。 第三章 超級(jí)電容器的性能 超級(jí)電容器的電極材料 目前應(yīng)用于超級(jí)電容器的電極材料有 3種：炭基材料、金屬氧化物材料和導(dǎo)電聚合物材料。當(dāng)電梯上升時(shí)，能量緩沖器向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的直流母線供電，提供電機(jī)所需的峰值功率；在電梯減速下降過程中，吸收電機(jī)通過變頻器向直流母線回饋的能量。采用超級(jí)電容器儲(chǔ)能，可以充分發(fā)揮其功率密度大、循環(huán)壽命長、儲(chǔ)能密度高、無需維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，既可以單獨(dú)儲(chǔ)能，也可以與其他儲(chǔ)能裝置混合儲(chǔ)能。目前世界各國都在開發(fā)電動(dòng)汽車，主要傾向是開發(fā)混合電動(dòng)汽車（ HEV），用電池為電動(dòng)汽車的正常運(yùn)行提供能量，而加速和爬坡時(shí)可以由超級(jí)電容器來補(bǔ)充能量。 電動(dòng)汽車和混合電動(dòng)汽車 電動(dòng)汽車的動(dòng)力源有鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池以及燃料電池等。 3. 主電源。 2. 替換電源。 小功率電子設(shè)備的后備電源、替換電源或主電源 1. 后備電源。然而由于人多數(shù)超級(jí) f乜容器都使用有機(jī)電解液，造成單位電容的價(jià)格很高，最初只應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，作潛艇或坦克發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)動(dòng)力。電化學(xué)能量儲(chǔ)存可用于需要高能量密度的領(lǐng)域，例如：電機(jī)、數(shù)字通訊系統(tǒng)和為電腦提高脈沖能量等。顯然，該突破也對(duì)下一代鋰電池的研制者造成威脅。 EEStor 公司負(fù)責(zé)人聲稱，該超級(jí)電容器每公斤所存儲(chǔ)的能量可達(dá) 千瓦時(shí)，相比之下，每公斤 鋰電池 是 千瓦時(shí)，鉛酸電池只有 千瓦時(shí)，這就讓超級(jí)電容器有了可用在從電動(dòng)車、起搏器到現(xiàn)代化武器等多種領(lǐng)域的可能。 與傳統(tǒng)的 電化學(xué)電池 相比，超級(jí)電容器有很多好處。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 5 這一技術(shù)一旦進(jìn)入成熟的工業(yè)生產(chǎn)，他們所研制的 新型超級(jí)電容器動(dòng)力系統(tǒng)將替代包括從電動(dòng)汽車到筆記本電腦的一切電化學(xué)電池。 ，而鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池軍具有毒性。因此，一般雙電層電容器容量很容易超過 1F，它的出現(xiàn)使普通電內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 4 容器的容量范圍驟然躍升了 3554 個(gè)數(shù)量級(jí)，目前單體超級(jí)電容器的最大電容量可達(dá) 5000F。由于隨著超級(jí)電容器放電 ，正、負(fù)極板上的電荷被 外電路泄放，電解液的界面上的電荷相應(yīng)減少。同時(shí)，雙電層電容器與可充電電池相比，可進(jìn)行不限流充電，且充電次數(shù)可達(dá) 10^6 次以上，因此雙電層電容不但具有電容的特性，同時(shí)也具有電池特性，是一種介于電池和電容之間的新型特殊元器件。那么，如果在電解液中同時(shí)插入兩個(gè)電極，并在其間施加一個(gè)小于電解質(zhì)溶液分解電壓的電壓，這時(shí)電解液中的正、負(fù)離子在電場(chǎng)的作用下會(huì)迅速向兩極運(yùn)動(dòng)，并分別在兩上電極的表面形成緊密的電荷層，即雙電層。它是一種電化學(xué)元件，但在其儲(chǔ)能的過程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種儲(chǔ)能過程是可逆的，也正因?yàn)榇顺?jí)電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬次。 超級(jí)電容器單獨(dú)儲(chǔ)能和超級(jí)電容器與蓄電池組成混合儲(chǔ)能系統(tǒng)在我國僅僅處于理論研究與初步試用階段，而系統(tǒng)的研究超級(jí)電容器直流儲(chǔ)能單元、超級(jí)電容器充電均壓、混合儲(chǔ)能系統(tǒng)模型