网讯：针对薄膜行业对电压暂降治理装置的需求，本文介绍了超级电容储能型直流支撑装置的工作原理，以及主电路和控制系统设计。超级电容储能型直流支撑装置可以解决困扰薄膜企业因暂降导致设备停机的问题，满足薄膜行业连续生产的要求。
随着高比例新能源的大量接入，电力系统的抗扰动能力大幅度下降，电能质量问题愈发严重，电压暂降问题已经成为世界主要电能质量问题。据美国 EPRI 报道：92%以上的电能质量事件为电压暂降和暂升。我国海南省也对电压暂降进行了统计，5个城市，17个变电站共记录 2786 条暂降，其中具有危害性的电压暂降约占电压暂降总数的10%左右，平均每个变电站17次危害性电压暂降。电压暂降已经严重影响了高精度、连续运行产线的经济效益。截止目前，直流电压支撑装置已经在制氢工业、石油石化、发电行业有了大量应用。
工作原理及结构设计
BOPET薄膜生产线采用大量变频器连续调速实现工艺要求。其生产工艺各个流程均需要变频器的参与，变频调速系统电路结构如图1所示，其结构常采用共直流母线的方式。
图1 共直流母线变频调速系统电路
共直流母线方案与传统单机方案相比具有吸收回馈能量，节能降耗，减小设备配线开关和柜内开关的优点。缺点是当电力系统发生电压暂降时，由于系统耗能大，直流母线下降快，很容易触发变频器低电压报警。由于薄膜生产具有连续性的特点，需要进行纵向拉伸（MDO）和横向拉伸（TDO）以及收卷分切的工艺，对变频器的工作精度和可靠性要求相当高。以纵拉工艺为例，纵向拉伸比（指快拉辊与慢拉辊线速度之比）的大小将会影响薄膜的纵向机械性能。在一定的拉伸温度和拉伸比的条件下拉伸比越大，PET分子的取向则越大，于是薄膜的纵向拉伸强度提高，断裂伸长率降低，冲击强度、透明度和透气性变佳。但是，拉伸比过大，结晶度、取向度过大，会增加薄膜横拉时的破膜率。普通聚酯薄膜的拉伸信数一般为 3.3-3.5 倍，强化膜的拉伸倍数可达4倍左右。
电压暂降导致变频器低电压故障时，将造成整卷的薄膜报废，造成严重的生产损失。以某光学薄膜厂为例，一次电压暂降将造成 15 万元的损失。因此对薄膜行业电压暂降治理显得尤为重要。
针对具有共直流母线的变频调速系统，可以采用加装补偿装置的方式，一般采用不间断电源系统(UPS)、动态电压调节器或动态电压恢复器等补偿装置。其中 AVC 和 DVR 都是通过对交流系统进行电压补偿来抑制电压暂降的方式，串联在电网和负载之间，其控制复杂、设备造价成本较高；由于 UPS 放电电流小，充电时间长，故其性价比较低。而超级电容储能型直流支撑装置就是可以弥补以上各种补偿装置的不足。图2 为薄膜生产工艺现场图。
图2 薄膜生产工艺现场图
如 图3 所示，当输入到变频器的交流市电发生电压暂降或停电时，由直流支撑装置进行直流供电；待交流市电恢复正常后，变频器的供电电源主动切换到交流市电供电。从而保证在整个市电发生暂降或停电过程中，变频器不跳停，进而保证负载安全可靠工作。直流电压支撑装置的工作运行模式可分为两个工作过程：
运行模式 1：正常情况下，市电先经过交流配电系统，再经过变频器后驱动电机正常运行。支撑装置与变频器的直流母线并联，作为变频器的直流在线备用电源。
运行模式 2：当输入到变频器的交流市电发生暂降或停电时，变频器的直流供电由支撑装置毫秒切换至超级电容储能系统提供；待交流电源恢复正常后，变频器的供电主动切换到交流市电供电，支撑装置进入充电在线备份状态。从而保证在整个市电发生晃电或停电过程中，变频器不跳停，进而保证负载安全可靠工作。
图3 直流支撑装置系统图
如 图3 所示，直流支撑装置主要由输入、输出断路器、熔断器、AC/DC 充电单元、超级电容、 DC/DC 单元、控制系统和监测单元等组成，与用户的变频器直流母线并联。其中，为了获得更高的性能和更小的尺寸，储能器件使用了超级电容作为储能介质。超级电容是一种介于静电电容器和电池之间的新型储能元件，具有优良的大电流充放电性能和大容量储能性能。其具有电容密度和能量密度高、充放电快、寿命长、成本低等优点，使得系统功率密度得到较大的提升。
