新兴的热声发电技术广泛应用于太阳能、燃烧余热、工业废热及汽车尾气等分布式能源系统发电领域，提高冷热电联产系统一次能源利用效率；为可再生能源的利用提供新方向，具有广泛的应用前景。

热声发电系统（Thermoacoustic Electric Generation System, TAEGS）由热声发动机和直线发电机构成，具有温度场、声场、磁场、电场等多场耦合的系统特性。

热声发电系统起振是实现由热能-机械能-电能转换的重要过程，热声发动机工作介质在外加温度梯度下，由静止状态转变成周期性振荡流动状态。热声发电系统由声学系统、机械振动系统和电学系统三部分组成。

图1 热声发电系统结构示意图

图1为热声发电系统结构示意图，热声发电系统利用热声发动机将具有温度梯度热能转化为机械能（声能），热声发动机输出近似正弦波形式的声功波动，驱动安装在热声发动机耦合输出端口的活塞，在系统运行过程中带动直线发电机次级进行高频短行程的往复直线运动，然后通过永磁直线发电机将机械能转化为电能。

在起振过程中，经常出现跳频、声压饱和、声流等复杂的非线性因素，导致系统输出电能急剧下降，限制了热声技术的应用。热声发动机谐振频率漂移、起振难、热声系统发电效率低成为制约热声发电技术发展的核心问题。

为了保证热声发电系统高效运行，降低系统起振温度、缩短系统起振的时间，实现对热声发动机自激荡起振的有效补偿。沈阳工业大学电气工程学院、营口理工学院电气工程学院的研究人员张健、夏加宽 等，在2021年第6期《电工技术学报》上撰文，提出一种控制热声发电机电动运行将系统牵入谐振的自主协同起振综合控制策略。

图2 热声发电系统实验平台

该控制策略以系统机械谐振时次级位移和初级电流相位差为90°作为频率跟踪控制的判定依据，通过采样次级位移和初级电流信号，经过改进二阶广义积分控制器输出相应的正交信号进行锁频，经过Park变换将交流信号变为直流信号，实现信号的无静差跟踪控制，进而使热声发电系统运行频率快速跟踪谐振频率。

通过仿真分析和实验证明，加入SOGI谐振频率跟踪控制算法后，控制电压驱动频率从90Hz快速上升到热声发电系统谐振频率110Hz。热声发电系统平稳运行在给定位移后，热声直线发电机初级电流由1.3A下降到0.3A，热声直线发电机次级运行相同行程时，控制效率上升约为76.9%。

因此，所提出的起振控制策略既能使热声发电系统运行频率快速跟踪谐振频率，提高系统输出功率；又可改进二阶广义积分控制器，有效滤除检测信号的采样噪声和高频干扰，提高控制器的稳定性。

本文编自2021年第6期《电工技术学报》，论文标题为“热声发电系统自主协同起振控制策略”，作者为张健、夏加宽、何新、李文瑞。