邢甲第

（中铁电气工业有限公司，北京 100036）

1 充电装置主要参数

根据外电源要求，超级电容快速充电装置输入电压：10kVac。充电对象是由344个单体电容容量7000F、最高工作电压2.7V电容串联，再两串并联的超级电容组，计算最高工作电压928.8，据此确定输出充电最高电压：950V，输出电压可在0～950V可调。根据充电时间要求，充电额定功率：800kVA ，最大充电电流：1800A。

2 工频变压器拓扑

超级电容充电装置实际上是由变压器、无源元件和电力电子器件组成的连接电网和超级电容组的系统（也可称为能量转换系统 Power Conversion System， PCS），是超级电容储能系统的重要组成部分，它承担着超级电容组从交流电网快速吸收能量的任务，如图1所示。

在电容侧，PCS需要满足电容能量管理及充电指标的要求，在电网侧，包括谐波、功率因数和电压偏差等运行与响应特性也都需要由 PCS实现。由于超级电容的电压源特性，PCS的结构以电压源变流器（Voltage Sourced Converter， VSC）为主。大容量 PCS交流侧要接入电压等级较高的电网，而超级电容组的端电压却难以达到相应的电压等级。PCS装置必须通过适当的降压措施接入。

采用变压器降压接入是解决 VSC直流侧与交流侧电压不匹配的最常用方法，目前国际上各种电池储能工程多是在此基础上设计的。传统大容量 PCS的结构如图2所示，储能元件作为稳定的电压源，直接与 VSC的直流侧相连。由于 VSC输出电压的峰值受储能元件端电压限制，故其交流侧多为较低的电压等级，再经由升压变压器接入中压配电网。根据 VSC的运行原理，流过直流侧的电流为变化剧烈的脉冲电流，为防止储能元件频繁充放电，需加入直流滤波元件；……