城市电动运输巴士中车辆集成光伏（ViPV）系统的高级非隔离拓扑结构分析

《IEEE Journal of Photovoltaics》：Analysis of Advanced Nonisolated Topologies for Vehicle-Integrated Photovoltaic (ViPV) Systems in Urban Electric Transport Buses

车辆集成光伏系统（ViPV）通过非隔离型DC-DC转换器拓扑（如 interleaved boost、quadratic boost、MISO）提升城市公共交通的可持续性，但光照变化和局部阴影影响系统稳定性。研究采用扰动观察法MPPT控制，通过智利安托法加斯特的真实数据仿真，比较三种拓扑的电压增益、效率、电流纹波等指标，发现MISO拓扑在低光照（70W/m2）下仍保持高效稳定输出，综合性能最优。

　　

摘要：

车辆集成光伏（ViPV）系统的应用提升了城市公共交通的可持续性，并减少了对电网的依赖。然而，光照强度的变化和部分遮挡对系统的稳定性和效率构成了重大挑战。本研究评估了三种先进的非隔离式直流-直流（dc–dc）转换器拓扑结构：交错式升压拓扑、二次升压拓扑以及多输入/单输出（MISO）拓扑，在最大功率点跟踪（MPPT）控制下使用“扰动与观测”（perturb and observe）算法进行仿真。仿真在Simulink环境中进行，数据来源于光照强度较高的地区（如智利的安托法加斯塔），包括真实的辐照度和温度信息。该系统由600个光伏电池组成（电压为350V），这些电池连接到540V的直流母线（dc-Link bus）以及一个4 kWh容量的LiFePO电池组。在三种不同的光照条件下，分析了关键性能指标，如电压增益、效率、电流纹波和占空比行为。在理想光照条件下，所有拓扑结构的输出功率均超过3.2 kW，效率均超过98.4%。交错式拓扑具有出色的稳态性能，但瞬态调节能力较弱；二次升压拓扑的占空比较低，但对干扰较为敏感；而MISO拓扑即使在光照强度较低（70 W/m2）的情况下，也能保持稳定的输出、较小的电流纹波和较高的效率。这些结果表明，MISO拓扑结构是应对多变城市环境的最佳选择，能够确保可靠的能量供应，并支持光伏系统在电动出行应用中的高效部署。