基于温差发电的电力机车辅助供电系统研究.pdf

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1、分类号密级基于温差发电的电力机车辅助供电系统研究研究生姓名：荣俊梅指导教师姓名、职称：于惠钧教授学科专业：电气工程研究方向：现代电力电子技术及系统湖南工业大学二〇一八年四月十五日摘要电力机车在行驶过程中会产生大量的余热，不仅造成了能源的浪费，也会形成温室效应，研究如何将这些余热进行能量回收具有重要意义。本文采用半导体温差发电技术，将电力机车产生的余热转化为电能，经过稳压、充电等一系列电路拓扑设计，使转化的电能优化为可利用的能量，进而为电力机车辅助供电系统提供可靠的电能。通过分析半导体温差发电效应的基本原理及热能传递的理论，以及对电力机车余热回收进行电力计算，搭建了半导体温差发电装

2、置的动态模型，设计温差发电的等效电路，得到其电气特性曲线。针对半导体温差发电装置输出电压不稳定问题，设计温差发电系统的储能主电路，其中包括稳压电路和充电电路，从而使能量转化成可利用的电能，两段式充电法的实现使充电达到较佳的效果。结合温差发电装置的电气特性曲线及系统的储能主电路，采用了模糊控制算法跟踪最大功率点(MPP)，结果表明此控制算法能够较扰动观察法有更好地跟踪最大功率点的能力并使输出有良好的稳定性，从而使能量得到更佳利用。将半导体温差发电系统应用在CRH2型电力机车辅助供电系统的不同工况下，分析其输出电压等参数是否能够达到要求。建立模型及仿真分析，表明该系统可将机车散热器上

3、的余热回收，将其转化为有效电能，使电力机车辅助供电系统有较好的安全稳定特性，提高了能源利用率，有效减少了能源的浪费。关键词：温差发电，辅助供电系统，储能电路，MPPTIAbstractElectriclocomotivesgeneratealargeamountofwasteheatduringdriving,whichnotonlyresultsinthewasteofenergybutalsocreatesagreenhouseeffect.Itisofgreatsignificancetostudyhowtorecoverthesewasteheatforenergyrec

4、overy.Inthispaper,semiconductorthermoelectricpowergenerationtechnologyisusedtoconverttheresidualheatgeneratedbyelectriclocomotivesintoelectricalenergy.Afteraseriesofcircuittopologydesignssuchasvoltageregulationandcharging,theconvertedpowerisoptimizedtobetheavailableenergy,whichinturnprovidesa

5、reliableelectricenergyforelectriclocomotives.Byanalyzingthebasicprincipleofthethermoelectricpowergenerationeffectofsemiconductorsandthetheoryofheatenergytransfer,andcalculatingthepoweroftheelectriclocomotivewasteheatrecovery,adynamicmodelofasemiconductorthermoelectricpowergenerationdevicewass

6、etup,theequivalentcircuitofthethermoelectricpowergenerationwasdesigned,anditselectricalcharacteristicscurvewereobtainedandanalyzed.Aimingattheinstabilityoftheoutputvoltageofthesemiconductorthermoelectricgenerator,themaincircuitofthethermoelectricpowergenerationsystemisdesigned,includingavolta

7、geregulatorcircuitandachargingcircuit,sothattheenergyisconvertedintoenergythatcanbeutilized,andtherealizationofthetwo-stagechargingmethodenableschargingtoachievebetterresults.Combiningtheelectricalcharacteristiccurveofthethermoelectricgenerat