热电发电(Thermoelectric Generation,TEG)模块能够直接将热能转换成电能,实现无污染、无噪音、长寿命、绿色发电,在汽车尾气以及工业废热回收利用、航天深空探测器供电、工业、交通和国防等领域具有广泛的应用前景。本文以提高TEG系统的能效为目标,研究其最大功率跟踪控制方法、分布式TEG发电系统架构、控制策略及其实现方法。分析了TEG系统中的基本热电效应,推导得到了TEG模块的等效电路模型,并实验测试了实际TEG模块的输出特性。分析和实验结果表明,TEG模块可以用电压源串联电阻模型等效,TEG模块的内阻、开路电压、最大功率点电压和功率均受温度影响。基于上述分析,根据最大功率传输定理,研究了一种基于内阻匹配的最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)方法,通过使得变换器的输入阻抗与TEG模块的内阻相匹配,实现了模块输出功率的最大化。当多个TEG模块串联连接时,由于模块自身特性差异以及空间热能分布不均匀等因素的影响,集中式TEG发电系统无法保证每个模块发电功率的最大化。针对上述问题,研究了基于双向Buck/Boost变换器的“模块-模块型”差分功率转移分布式热电发电系统架构,以及基于单向反激变换器的“模块-输出型”差分功率转移分布式热电发电系统架构。详细分析了两种分布式TEG系统的结构形式、工作原理和功率传输特性,给出了优化的控制策略,并分别设计、搭建了基于4个发电模块的分布式TEG实验平台。实验测试结果表明:两种系统均能在各种条件下实现各个TEG模块的MPPT;相对于传统的集中式TEG发电系统,本文所研究的分布式TEG发电系统能够实现更高的发电功率;实验结果同时表明了所采用的控制策略的有效性。理论分析和实验结果同时表明:基于单向反激变换器的“模块-输出型”差分功率转移分布式热电发电系统更适用于各TEG模块的温差分布不均匀且经常发生变化的场合,基于双向Buck/Boost变换器的“模块-模块型”差分功率转移分布式热电发电系统架构则适用于各TEG模块的温差分布情况比较稳定的应用场合。