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基于梯度翅片换热器的热电发电系统性能研究

工程热物理学报 2020年第1期41卷 169-174页

作者：芦星俞兴飞马挺王秋旺西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室

本文建立了热电发电系统(TEG)多物理场数值模型,并充分考虑换热器流体影响,综合研究了具有不同热侧换热器翅片结构的TEG系统性能。在雷诺数为1000~10000范围内,分析了流体沿程温度分布特征、泵功及热电发电模块的能量转换特性.所研究的... 详细信息

本文建立了热电发电系统(TEG)多物理场数值模型,并充分考虑换热器流体影响,综合研究了具有不同热侧换热器翅片结构的TEG系统性能。在雷诺数为1000~10000范围内,分析了流体沿程温度分布特征、泵功及热电发电模块的能量转换特性.所研究的三种翅片结构包括:全流道等高度直翅片(Fin-1)、下游强化梯度翅片(Fin-2)以及上游强化梯度翅片(Fin-3).研究表明,通道长高比及热电材料覆盖率一定,热电发电功率及转换效率随流量呈二次曲线变化关系,存在最匹配流量使得系统发电性能最佳。等高度直翅片对流量的变化敏感,随流量增大,则压损增大,导致系统净输出功率及发电效率无收益.而梯度翅片可以在更大范围内产生正收益;下游强化梯度翅片具有最佳的流体沿程温度均匀性,但沿程局部热阻却最大.综合考虑沿程局部热阻分布及泵功消耗,上游强化梯度翅片TEG系统净转换效率最高,因此局部热阻分布及泵功综合因素应为TEG内的换热器合理设计的关键。

关键词：热电发电梯度翅片换热器多物理场数值模拟

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热电发电MPPT控制方法的对比及改进

实验室研究与探索 2019年第11期38卷 13-17,65页

作者：吴馥郁胡申华马湘蓉汪远泉南京工程学院电力工程学院南京211167 南京工程学院能源与动力工程学院南京211167 南京工程学院信息与通信工程学院南京211167

为探求传统最大功率点跟踪(MPPT)算法在热电发电上的适用性,搭建了热电发电实验台,在考虑多种环境因素影响下建立热电片电气模型,并分析其与常规光伏的不同特性。在完成适用于热电发电升压变换器设计的基础上,将扰动观察法、电导增量法... 详细信息

为探求传统最大功率点跟踪(MPPT)算法在热电发电上的适用性,搭建了热电发电实验台,在考虑多种环境因素影响下建立热电片电气模型,并分析其与常规光伏的不同特性。在完成适用于热电发电升压变换器设计的基础上,将扰动观察法、电导增量法、开路电压法3种MPPT控制方法在热电发电上的效果进行对比,并分析它们各自特点及不足之处。针对短路电流存在测量方面的缺陷,利用状态空间平均法提出一种温差与最优占空比的算法,其可直接省去传统的比较环节。在Matlab/Simulink仿真平台上,验证了其可行性,并与传统算法相比,相对误差降低到4%。

关键词：热电发电最大功率点跟踪(MPPT) 短路电流实验对比

热电发电系统升压型DC-DC变换器的设计优化与仿真

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实验室研究与探索 2021年第4期40卷 115-119页

作者：马湘蓉胡骛渊南京工程学院信息与通信工程学院南京211167 上海理工大学机械工程学院上海200093

依据热电发电控制器技术指标要求,通过对升压器电感和输出电容的理论计算及实验测试仿真,确定电感和输出电容的参数,并选定输入电容和MOS管的型号。具体参数为:PWM频率为10 kHz,输入电容为100μF,电感为220μH,输出电容是330μF,MOS管选... 详细信息

依据热电发电控制器技术指标要求,通过对升压器电感和输出电容的理论计算及实验测试仿真,确定电感和输出电容的参数,并选定输入电容和MOS管的型号。具体参数为:PWM频率为10 kHz,输入电容为100μF,电感为220μH,输出电容是330μF,MOS管选取KD2302。基于上述试验和仿真,设计了Boost型DC-DC变换器,控制算法采用了扰动—观察法。仿真研究表明,该控制算法性能良好,实现了最大功率的跟踪,为后续研究提供了硬件的基础。

关键词：热电发电升压型变换器最大功率点跟踪(MPPT) 优化

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热电发电高效能变换技术研究

热电发电高效能变换技术研究

作者：倪龙贤南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着社会对能源利用率要求的提高，热电发电（TEG）技术逐渐受到了广泛关注。电力电子变换器能有效提高热电发电转换效率及电能质量，因而研究适用于热电发电系统的电力电子变换技术很有必要。本文主要从应用于热电发电系统的高升压变... 详细信息

随着社会对能源利用率要求的提高，热电发电（TEG）技术逐渐受到了广泛关注。电力电子变换器能有效提高热电发电转换效率及电能质量，因而研究适用于热电发电系统的电力电子变换技术很有必要。本文主要从应用于热电发电系统的高升压变换器、分布式热电发电系统结构及其控制方式两方面进行研究。首先，本文介绍了热电发电系统的工作工作机理，由理论推导建立热电耦合数学模型，并通过实验验证了热电发电系统的输出电气特性：输出电压等级低、电压变化范围宽、动态响应快。因此，要求应用于热电发电系统的电力电子变换器具有高升压能力、宽输入电压范围、高工作效率等性能。其次，根据上述特性要求，本文选择了级联式Boost变换器、带辅助变压器的交错并联Boost变换器两种变换器进行研究，从升压能力、电流纹波、工作效率等方面对其进行了理论分析及比较。分别制作了两种变换器实验样机，并以220W的热电发电系统为输入源进行了实验测试，通过实验验证了带辅助变压器的交错并联Boost变换器在热电发电应用场合的优越性能。最后，本文针对热电发电系统中串联热电模块（TEM）间的功率不匹配问题，采用了一种简单、高效的新型功率平衡式分布式发电系统。采用该系统结构，所有功率均仅需经过一级功率变换便能实现各模块以最大功率输出，能有效提高系统工作效率及输出功率。本文搭建了一套该系统的Matlab仿真平台，通过仿真验证了该新型发电系统及其控制方式的可行性。制作了一套50W具有双热电发电模块的系统实验样机，通过实验验证该新型发电系统的高输出功率、高工作效率特性。

关键词：热电发电热电耦合效应高升压变换器分布式发电系统功率匹配

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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热电发电模块拓扑结构优化及最大功率点跟踪算法研究

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

宽光谱共轭小分子在太阳能海水淡化与热电发电中的应用

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南方能源建设 2024年第4期11卷 23-30页

作者：朱景帅邱肖盼中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室北京100190 深圳大学材料学院广东深圳518060

[目的]为解决太阳能海水淡化器件成本高、制备工艺复杂的难题,选择具有重量轻、成本低、合成及提纯工艺简单等优点的有机小分子光热材料作为太阳能吸收材料。[方法]利用1种有机共轭小分子Y6,与低成本的纤维素纸结合,制备了在350~1 000 n... 详细信息

[目的]为解决太阳能海水淡化器件成本高、制备工艺复杂的难题,选择具有重量轻、成本低、合成及提纯工艺简单等优点的有机小分子光热材料作为太阳能吸收材料。[方法]利用1种有机共轭小分子Y6,与低成本的纤维素纸结合,制备了在350~1 000 nm范围内宽光谱吸收的高光热转换性能的Janus结构水蒸发器。[结果]蒸发器的下表面具有高效的水粘附性,利于高速集水,而蒸发器的上表面具有拒水性,能够达到理想的自漂浮能力。并且每3.14cm^(2)的器件仅需0.5 mg光热材料就能实现超过70℃的温度,节约用料优势明显。[结论]在1.0 kW/m^(2)太阳光辐照下,基于Y6的蒸发器的光热能量转换效率为64.4%,蒸发速率高达1.13 kg/(m^(2)·h),明显高于对照的纤维素纸蒸发器。经过太阳能蒸发脱盐后,得到的纯化水的离子浓度相比于初始的模拟海水显著降低4~6个数量级。该蒸发器与热电器件集成,在1.0 kW/m^(2)太阳光照射下,蒸发速率达到1.02 kg/(m^(2)·h),同时还产生了55 mV的输出电压。研究结果表明,基于有机小分子Y6的太阳能蒸发器,在光热水净化和热电发电协同作用方面具有良好的应用前景。

关键词：太阳能利用光热材料有机共轭小分子海水淡化热电发电

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船舶主机余热的热电发电系统建模与仿真

计算机仿真 2016年第2期33卷 185-189页

作者：徐晟王锡淮陈晨肖建梅上海海事大学上海201306

船舶主机余热的热电发电系统是一种新型的船舶主机余热发电系统,为了证实热电发电系统用于船舶余热发电的可行性,需要了解系统工作时热电转换的动态过程以及系统对船舶不同工况的适应能力。利用热电转换相关理论,对船舶主机余热的热电... 详细信息

船舶主机余热的热电发电系统是一种新型的船舶主机余热发电系统,为了证实热电发电系统用于船舶余热发电的可行性,需要了解系统工作时热电转换的动态过程以及系统对船舶不同工况的适应能力。利用热电转换相关理论,对船舶主机余热的热电发电系统的热电转换过程进行了分析,建立了系统的动态数学模型。并且在系统中增加辅助升压部分,减小了参数波动,提高了系统的稳定性。利用SIMULINK工具对系统进行了仿真,对仿真结果分析表明,上述热电发电系统在船舶不同工况下是稳定可靠的。从而表明利用热电发电技术进行船舶主机余热发电是可行的。

关键词：热电发电船舶电力系统余热储能

基于实验分析的热电发电改进MPPT算法研究

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电气传动 2020年第10期50卷 79-84页

作者：吴馥郁胡骛渊胡申华姚欢南京工程学院电气工程学院江苏南京211167 上海理工大学机械工程学院上海200093 南京工程学院能源与动力工程学院江苏南京211167

热电发电实验将4片热电片(TG12-6-024)串联,利用搭建的实验台模拟自然热空气温度、热空气流速来改变温差,进而分析热电片电压、电阻与温差的关系。通过接入可调电阻寻得最大功率点,绘制热电片的P—R,P—U特性曲线。针对实验数据,在Matla... 详细信息

热电发电实验将4片热电片(TG12-6-024)串联,利用搭建的实验台模拟自然热空气温度、热空气流速来改变温差,进而分析热电片电压、电阻与温差的关系。通过接入可调电阻寻得最大功率点,绘制热电片的P—R,P—U特性曲线。针对实验数据,在Matlab构建电源、温差发电组件模型,利用传统电导增量法控制输出。仿真结果与实验数据误差小于6%,追踪速度在10 ms左右。在观察分析P—U曲线的基础上对经典MPPT算法进行改进。仿真结果表明:相比于传统的经典算法,改进后MPPT能够在2.2 ms内实现最大功率跟踪并保持稳定,并且适用于实际大温差剧烈波动下的跟踪控制。

关键词：热电发电实验数据最大功率点跟踪仿真

集中-分布混合式热电发电系统分布式MPPT控制方法

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电工电能新技术 2015年第2期34卷 34-38页

作者：黄俊吴红飞许鹏邢岩江苏省新能源发电与电能变换重点实验室南京航空航天大学江苏南京210016

集中-分布混合式热电发电系统能够解决多个热电发电(Thermo Electric Generator,TEG)模块串联连接时各模块的最大功率点不匹配的问题,实现系统发电能效的最大化。本文提出一种应用于集中-分布混合式热电发电系统的分布式最大功率点跟踪(... 详细信息

集中-分布混合式热电发电系统能够解决多个热电发电(Thermo Electric Generator,TEG)模块串联连接时各模块的最大功率点不匹配的问题,实现系统发电能效的最大化。本文提出一种应用于集中-分布混合式热电发电系统的分布式最大功率点跟踪(MPPT)控制方法,通过对各TEG模块的输出电流进行直接控制,集中单元的输入电流等于最大功率点电流最小的TEG模块的电流、分布式单元的输入电流等于各模块最大功率点电流与集中单元输入电流的差值,使得各TEG模块的MPPT控制相互解耦,系统能够快速、准确、稳定地跟踪各个TEG模块的最大功率点,实现了系统输出功率的最大化。搭建了由四个TEG模块组成的混合式热电发电实验系统,通过实验验证了提出的分布式MPPT控制方法的有效性。

关键词：热电发电最大功率跟踪分布式发电