分布式熱電發(fā)電系統(tǒng)的研究.pdf

1、熱電發(fā)電（Thermoelectric Generation，TEG）模塊能夠直接將熱能轉(zhuǎn)換成電能，實現(xiàn)無污染、無噪音、長壽命、綠色發(fā)電，在汽車尾氣以及工業(yè)廢熱回收利用、航天深空探測器供電、工業(yè)、交通和國防等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。本文以提高TEG系統(tǒng)的能效為目標(biāo)，研究其最大功率跟蹤控制方法、分布式TEG發(fā)電系統(tǒng)架構(gòu)、控制策略及其實現(xiàn)方法。
　　分析了TEG系統(tǒng)中的基本熱電效應(yīng)，推導(dǎo)得到了TEG模塊的等效電路模型，并實驗測試了實際

2、 TEG模塊的輸出特性。分析和實驗結(jié)果表明，TEG模塊可以用電壓源串聯(lián)電阻模型等效，TEG模塊的內(nèi)阻、開路電壓、最大功率點電壓和功率均受溫度影響?；谏鲜龇治觯鶕?jù)最大功率傳輸定理，研究了一種基于內(nèi)阻匹配的最大功率點跟蹤(Maximum Power Point Tracking，MPPT）方法，通過使得變換器的輸入阻抗與TEG模塊的內(nèi)阻相匹配，實現(xiàn)了模塊輸出功率的最大化。
　　當(dāng)多個TEG模塊串聯(lián)連接時，由于模塊自身特性差異以及空

3、間熱能分布不均勻等因素的影響，集中式TEG發(fā)電系統(tǒng)無法保證每個模塊發(fā)電功率的最大化。針對上述問題，研究了基于雙向 Buck/Boost變換器的“模塊-模塊型”差分功率轉(zhuǎn)移分布式熱電發(fā)電系統(tǒng)架構(gòu)，以及基于單向反激變換器的“模塊-輸出型”差分功率轉(zhuǎn)移分布式熱電發(fā)電系統(tǒng)架構(gòu)。詳細分析了兩種分布式TEG系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式、工作原理和功率傳輸特性，給出了優(yōu)化的控制策略，并分別設(shè)計、搭建了基于4個發(fā)電模塊的分布式TEG實驗平臺。實驗測試結(jié)果表明：兩種系

4、統(tǒng)均能在各種條件下實現(xiàn)各個TEG模塊的MPPT；相對于傳統(tǒng)的集中式TEG發(fā)電系統(tǒng)，本文所研究的分布式TEG發(fā)電系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)更高的發(fā)電功率；實驗結(jié)果同時表明了所采用的控制策略的有效性。理論分析和實驗結(jié)果同時表明：基于單向反激變換器的“模塊-輸出型”差分功率轉(zhuǎn)移分布式熱電發(fā)電系統(tǒng)更適用于各TEG模塊的溫差分布不均勻且經(jīng)常發(fā)生變化的場合，基于雙向Buck/Boost變換器的“模塊-模塊型”差分功率轉(zhuǎn)移分布式熱電發(fā)電系統(tǒng)架構(gòu)則適用于各 TEG模