基于新型Buck-Boost电路的光伏MPPT方法研究及仿真.docx

基于新型Buck-Boost电路的光伏MPPT方法研究及仿真
摘要：
随着太阳能技术的发展，光伏发电的应用越来越广泛。然而，由于天气、气象等原因，光伏电池的输出电压和电流经常会受到影响，这可能会导致光伏系统的效率低下。因此，为了最大限度地提高光伏系统的效率，需要使用最大功率点跟踪技术。本论文提出了一种基于新型Buck-Boost电路的光伏MPPT方法。该方法通过采用贪心搜索和模拟退火算法来自动跟踪最大功率点。通过仿真，证明了新型Buck-Boost电路能够在各种环境和工作条件下实现高效的光伏MPPT。
关键词：光伏MPPT，太阳能，Buck-Boost电路，贪心搜索，模拟退火算法
引言：
随着能源危机的加剧和环境问题的日益突出，太阳能作为一项清洁、可再生的能源，受到越来越广泛的关注。在太阳能利用中，光伏发电技术是其中最具代表性的一种。然而，光伏电池的输出电压和电流常常受到许多因素的影响，如环境温度、太阳辐射等。这些因素的变化可能导致光伏发电系统的效率低下，从而影响其实际应用。为了解决这个问题，需要使用最大功率点跟踪技术（MPPT）。MPPT技术可以确保系统在任何工作条件下都能够将系统的输出功率最大化。因此，在光伏发电系统中使用MPPT技术非常重要。
本文旨在探讨基于新型Buck-Boost电路的光伏MPPT方法。该方法使用贪心搜索和模拟退火算法，通过调节Buck-Boost电路的输出电压和电流，以达到最大化光伏系统的输出功率。此外，我们还将在仿真实验中验证本文提出的方法的可行性和有效性。
光伏MPPT原理：
在光伏发电系统中，光伏电池的输出功率与输出电压和电流有关。在所谓的IV特性曲线上，最大输出功率点（MPP）就是在该点上输出功率最大。因此，要最大化输出功率，需要跟踪MPP。MPPT技术就是在保持光伏电池工作在MPP的前提下，通过动态调整电路参数，以确保输出功率最大化。
基于新型Buck-Boost电路的光伏MPPT方法：
本文提出的光伏MPPT方法基于新型Buck-Boost电路。该电路有两个功率开关，允许在Buck和Boost之间转换。如图1所示，新型Buck-Boost电路包括一个电感、两个开关（S1和S2）、两个二极管（D1和D2）和一台直流滤波器。在Buck模式下，当S1打开时，电池的电压就会通过电感流入直流滤波器。当S2打开时，电感中的能量就会通过D2流向负载。在Boost模式下，当S1打开时，电感中的电能将会被传递至负载。当S2打开时，电池的电压将会通过电感流到直流滤波器。因此，在不同模式下，Buck-Boost电路的输出电压和电流可以互相调节。
图1：基于新型Buck-Boost电路的光伏MPPT电路图
在光伏MPPT中，需要实时检测光伏电池输出电压和电流，并在不同的工作条件下调节Buck-Boost电路的输出电压和电流，以达到最大化光伏系统的输出功率。本文使用贪心搜索和模拟退火算法来实现光伏MPPT。
1.贪心搜索算法：
贪心搜索是一种朴素的搜索策略，它根据每个步骤的局部最优解来决定整体解。在光伏MPPT中，贪心算法采用以下步骤：
-确定最佳输出电压值Vopt。根据输入电压和电流，计算功率值。以此为基础，不断地增加或减少输出电压，以获得最佳输出功率。
-通过调整占空比D值来控制电路的输出功率。如果当前输出功率小于最佳输出功率，则增加D值；如果当前输出功率大于最佳输出功率，则减小D值，直至达到最佳状态。
2.模拟退火算法：
在光伏MPPT中，模拟退火算法是一种优化算法，用于寻找复杂问题的最优解。与其他算法不同，模拟退火是通过允许候选解的较劣比例来跳出局部最优解的。算法步骤如下：
-定义每个参数的范围和初始值。
-计算初始状态下的输出功率P0。
-在指定范围内随机生成一个新状态，并计算其输出功率P1。
-若P1大于P0，则接受新状态。
-若P1小于P0，则根据一定的概率接受新状态，以防止算法陷入局部最优解。
实验结果与分析：
通过Simulink软件对本文提出的基于新型Buck-Boost电路的光伏MPPT方法进行了仿真。模拟实验条件为：光伏电池的输出功率为200W，开路电压为40V，短路电流为5A，环境温度为25℃，太阳辐射度为1000W/m2。
图2：不同光线强度下的输出功率曲线图
如图2所示，在光线较弱的情况下，本算法能够快速地跟踪输出功率最大化。而随着光线强度增加，输出功率也随之增加，但增加的速度逐渐变慢，最终趋于最大功率点附近的稳定值。
结论：
本文提出了一种基于新型Buck-Boost电路的光伏MPPT方法。该方法采用贪心搜索和模拟退火算法来自动跟踪最大功率点。仿真结果表明，该方法能够在各种环境和工作条件下实现高效的光伏MPPT。此方法具有实际应用价值，可在光伏发电领域推广使用。