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热电发电模块拓扑结构优化及最大功率点跟踪算法研究

热电发电模块拓扑结构优化及最大功率点跟踪算法研究

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作者：方洪武汉理工大学

学位级别：硕士

随着汽车产业的迅速发展,能源短缺与环境污染问题日趋严重,汽车尾气热电发电技术在提升汽车能源利用率,减少尾气排放领域应用日益广泛。热电模块作为热电发电系统基本单元,对热电模块串并联拓扑结构进行优化,可以最大限度发挥模块性能,... 详细信息

随着汽车产业的迅速发展,能源短缺与环境污染问题日趋严重,汽车尾气热电发电技术在提升汽车能源利用率,减少尾气排放领域应用日益广泛。热电模块作为热电发电系统基本单元,对热电模块串并联拓扑结构进行优化,可以最大限度发挥模块性能,提升热电发电系统整体输出功率。本文以汽车尾气热电发电装置为研究对象,开展了热电模块串并联拓扑结构优化算法和最大功率点跟踪(MPPT)算法研究。主要研究内容如下:分析了温差发电原理,设计了汽车尾气热电发电系统整体结构。为了实时获取热电发电系统各模块电压数据,运用PIC芯片设计了可以实时采集60路电压信号的电压巡检系统,运用Access建立数据库,存储各模块全生命周期电压数据。提出了一种优化多个热电模块串并联拓扑结构的迭代算法。运用汽车尾气发电试验台架测试了真实工况下模块的开路电压,结合模块等效阻抗,进行了热电模块串并联结构对整体输出功率影响的理论分析。利用Matlab计算得到最优模块串并联拓扑结构。台架实验验证结果表明,经过优化串并联的热电器箱输出功率相比全串联方式提升了2.91%。为了保证汽车尾气热电发电系统实时以最大功率输出,提出了以干扰观测法和二插值曲线拟合法相结合的新型最大功率点跟踪算法。运用Matlab软件建立了MPPT仿真模型,针对干扰观测法和新型MPPT算法的实现方式以及优缺点进行了仿真分析和对比。在硬件平台DC-DC变换器中编程实现MPPT算法,通过实测结果表明,新型的MPPT算法跟踪时间仅需200ms,最大功率跟踪精度可达98.91%。

关键词：热电发电串并联拓扑结构优化最大功率点跟踪算法仿真计算实验测试

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