- 頭條如何提升熱聲發電系統的運行效率？沈工大等院校學者發布研究成果2021-10-19 作者：張健 夏加寬 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語為了保證熱聲發電系統高效運行，降低系統起振溫度、縮短系統起振的時間，實現對熱聲發動機自激蕩起振的有效補償。沈陽工業大學電氣工程學院、營口理工學院電氣工程學院的研究人員張健、夏加寬 等，在2021年第6期《電工技術學報》上撰文，提出一種控制熱聲發電機電動運行將系統牽入諧振的自主協同起振綜合控制策略。
新興的熱聲發電技術廣泛應用于太陽能、燃燒余熱、工業廢熱及汽車尾氣等分布式能源系統發電領域，提高冷熱電聯產系統一次能源利用效率；為可再生能源的利用提供新方向，具有廣泛的應用前景。
熱聲發電系統（Thermoacoustic Electric Generation System, TAEGS）由熱聲發動機和直線發電機構成，具有溫度場、聲場、磁場、電場等多場耦合的系統特性。
熱聲發電系統起振是實現由熱能-機械能-電能轉換的重要過程，熱聲發動機工作介質在外加溫度梯度下，由靜止狀態轉變成周期性振蕩流動狀態。熱聲發電系統由聲學系統、機械振動系統和電學系統三部分組成。
圖1 熱聲發電系統結構示意圖
圖1為熱聲發電系統結構示意圖，熱聲發電系統利用熱聲發動機將具有溫度梯度熱能轉化為機械能（聲能），熱聲發動機輸出近似正弦波形式的聲功波動，驅動安裝在熱聲發動機耦合輸出端口的活塞，在系統運行過程中帶動直線發電機次級進行高頻短行程的往復直線運動，然后通過永磁直線發電機將機械能轉化為電能。
在起振過程中，經常出現跳頻、聲壓飽和、聲流等復雜的非線性因素，導致系統輸出電能急劇下降，限制了熱聲技術的應用。熱聲發動機諧振頻率漂移、起振難、熱聲系統發電效率低成為制約熱聲發電技術發展的核心問題。
為了保證熱聲發電系統高效運行，降低系統起振溫度、縮短系統起振的時間，實現對熱聲發動機自激蕩起振的有效補償。沈陽工業大學電氣工程學院、營口理工學院電氣工程學院的研究人員張健、夏加寬 等，在2021年第6期《電工技術學報》上撰文，提出一種控制熱聲發電機電動運行將系統牽入諧振的自主協同起振綜合控制策略。
圖2 熱聲發電系統實驗平臺
該控制策略以系統機械諧振時次級位移和初級電流相位差為90°作為頻率跟蹤控制的判定依據，通過采樣次級位移和初級電流信號，經過改進二階廣義積分控制器輸出相應的正交信號進行鎖頻，經過Park變換將交流信號變為直流信號，實現信號的無靜差跟蹤控制，進而使熱聲發電系統運行頻率快速跟蹤諧振頻率。
通過仿真分析和實驗證明，加入SOGI諧振頻率跟蹤控制算法后，控制電壓驅動頻率從90Hz快速上升到熱聲發電系統諧振頻率110Hz。熱聲發電系統平穩運行在給定位移后，熱聲直線發電機初級電流由1.3A下降到0.3A，熱聲直線發電機次級運行相同行程時，控制效率上升約為76.9%。
因此，所提出的起振控制策略既能使熱聲發電系統運行頻率快速跟蹤諧振頻率，提高系統輸出功率；又可改進二階廣義積分控制器，有效濾除檢測信號的采樣噪聲和高頻干擾，提高控制器的穩定性。
本文編自2021年第6期《電工技術學報》，論文標題為“熱聲發電系統自主協同起振控制策略”，作者為張健、夏加寬、何新、李文瑞。
