小型温差发电系统研究与实现

发布时间：2017-09-25 01:01

  本文关键词：小型温差发电系统研究与实现

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【摘要】：温差发电技术是清洁能源开发利用的一个重要的发展方向，利用温差发电技术不仅可以提高能源利用率、还可以使用电设备实现自主供能，降低运行成本。 目前，温差发电系统综合设计和实际应用方面还存在很多不足，主要是三个核心问题：温差的产生、温差材料的选取以及温差发电系统的控制。本文主要在温差产生和系统控制两个方面进行了一系列研究，具体开展了如下工作： 首先建立了温差发电单元的电路模型，包括理想情况下的电路模型和考虑温差发电单元内部温度场分布不均衡以及随时间变化等情况下的实际电路模型，对温差发电单元的输出特性进行了分析，讨论了多温差发电单元在不同连接方式情况下的输出特性，通过分析发现，温差发电系统输出特性不会出现光伏系统中常见的“多峰现象”，这对于最大功率点跟踪控制具有重要意义。 其次，根据热力学相关知识对温差发电装置的温度场进行了数学建模，为了解决温差发电系统微分方程难以获得解析解的问题，采用有限元分析方法获取其数值解，并使用Ansys有限元分析软件进行了热仿真分析。在热仿真分析的基础上分别介绍了两种用在不同环境下的温差发电装置的机械结构设计方案，一种是固定的应用于存在自然热源环境中的对偶型温差发电装置，另一种是便于随身携带的可通过生火等方式来获得较大发电功率的与军用水壶相结合的温差发电装置。 然后，对温差发电系统中的稳压、储能、和最大功率点跟踪控制系统设计方案进行了详细阐述，选择了一种最适合的稳压控制方案作为本课题的稳压控制方法，并对储能器件及充放电控制方案选择进行了详细的介绍，，还介绍了温差发电技术中实现最大功率点跟踪的方法，并对最大功率点跟踪进行了软硬件设计。 最后，对本课题的研究情况进行了总结，概述了本项研究工作的创新点，同时分析了当前工作中存在的需要改进的地方，以及需要解决的问题，并对今后的进一步研究工作进行了展望。
【关键词】：温差发电 输出特性 有限元分析 Ansys 结构设计 最大功率点跟踪
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM913
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-22
• 1.1 课题研究背景11-14
• 1.1.1 温差发电技术发展概况及应用12-13
• 1.1.2 温差发电技术原理介绍13-14
• 1.2 国内外研究现状及意义14-20
• 1.2.1 温差发电技术研究现状14-19
• 1.2.2 温差发电技术的研究意义19-20
• 1.3 温差发电系统设计20-21
• 1.3.1 温差发电系统建模与输出特性分析20
• 1.3.2 温差发电系统机械结构设计20
• 1.3.3 温差发电系统软硬件设计20-21
• 1.4 本文的主要内容21
• 1.4.1 本文的主要工作21
• 1.4.2 论文的组织结构21
• 1.5 本章小结21-22
• 第2章 温差发电系统电路模型与输出特性分析22-33
• 2.1 引言22
• 2.2 温差发电系统电路模型22-25
• 2.2.1 热电偶理想电路模型22
• 2.2.2 考虑随位置变化的温度场分布对电路模型的影响22-23
• 2.2.3 考虑随时间变化的温度场分布对电路模型的影响23-24
• 2.2.4 实际温差发电系统电路模型24-25
• 2.3 温差发电系统输出特性研究25-32
• 2.3.1 温差发电系统 I-V 特性分析25
• 2.3.2 温差发电系统 P-V 特性分析25-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第3章 温差发电系统温度场建模、仿真与机械结构设计33-58
• 3.1 引言33
• 3.2 温差发电系统温度场建模33-39
• 3.2.1 温差发电系统微分方程模型33-36
• 3.2.2 温差发电系统有限元模型36-39
• 3.3 基于 Ansys 的温差发电系统热仿真分析39-48
• 3.3.1 Ansys 简介39-40
• 3.3.2 不同几何模型下的热仿真分析40-48
• 3.4 温差发电系统机械结构设计48-57
• 3.4.1 对偶型温差发电装置设计48-52
• 3.4.2 温差发电水壶设计52-57
• 3.5 本章小结57-58
• 第4章 温差发电控制系统设计58-72
• 4.1 引言58-59
• 4.2 温差发电控制系统供电模块59
• 4.3 温差发电控制系统稳压模块59-65
• 4.3.1 各种稳压控制方法比较及选取59-65
• 4.3.2 稳压控制硬件电路设计65
• 4.4 温差发电系统储能系统设计65-68
• 4.4.1 储能器件选择65-66
• 4.4.2 储能系统设计66-68
• 4.5 温差发电系统最大功率点跟踪68-71
• 4.5.1 最大功率点跟踪方法介绍68
• 4.5.2 最大功率点跟踪硬件电路设计68-70
• 4.5.3 最大功率点跟踪软件算法设计70-71
• 4.6 本章小结71-72
• 第5章 实验与结果分析72-82
• 5.1 引言72
• 5.2 温差发电系统电路模型验证72-80
• 5.2.1 单片温差发电单元输出特性验证73-76
• 5.2.2 温差发电单元串联连接时的输出特性验证76-78
• 5.2.3 温差发电单元并联连接时的输出特性验证78-80
• 5.3 温差发电系统稳压控制效果80-81
• 5.4 本章小结81-82
• 结论82-85
• 1. 完成的工作及创新点82-83
• 2. 存在的问题83
• 3. 下一步工作83-85
• 参考文献85-91
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单91-92
• 致谢92

【参考文献】

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本文编号：914451