References

sapi

Системный анализ и прикладная информатика

«System analysis and applied information science»

2309-49232414-0481

Belarusian National Technical University

sapi-73

Research Article

Управление техническими объектами

Management of technical objects

ПРОГНОЗИРУЮЩАЯ МОДЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ ВЫХОДНОЙ МОЩНОСТИ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ

MODEL PREDICTIVE CONTROL FOR PHOTOVOLTAIC STATION MAXIMUM POWER POINT TRACKING SYSTEM

Элзеин

И.

Elzein

CA_PI@bntu.by

Петренко

Ю. Н.

Petrenko

Yu. N.

CA_PI@bntu.by

Белорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarus

2015

19012016

041725

2016

Элзеин И., Петренко Ю.Н.

Elzein I., Petrenko Y.N.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://sapi.bntu.by/jour/article/view/73

Представлен альтернативный подход по обеспечению режима максимальной выходной мощности (МВМ) фотоэлектрической станции (ФЭС).

Рассматриваемая система состоит из солнечных батарей с нелинейными нестационарными характеристиками, работающих в автономном режиме, импульсного преобразователя постоянного тока (ИППТ) повышающего типа и соответствующего фильтра на выходе.

Для управления ИППТ предлагается использовать прогнозирующую модель, теория которой активно разрабатывается в последнее время отечественными и зарубежными учеными.

Приводятся уравнения в пространстве состояний и функциональная схема ФЭС. Особенностью системы является возможность работы в реальном времени и наличие наблюдателя нагрузки.

The purpose of this paper is to present an alternative maximum power point tracking, MPPT, algorithm for a photovoltaic module, PVM, to produce the maximum power, Pmax, using the optimal duty ratio, D, for different types of converters and load matching.

We present a state-based approach to the design of the maximum power point tracker for a stand-alone photovoltaic power generation system. The system under consideration consists of a solar array with nonlinear time-varying characteristics, a step-up converter with appropriate filter.

The proposed algorithm has the advantages of maximizing the efficiency of the power utilization, can be integrated to other MPPT algorithms without affecting the PVM performance, is excellent for Real-Time applications and is a robust analytical method, different from the traditional MPPT algorithms which are more based on trial and error, or comparisons between present and past states. The procedure to calculate the optimal duty ratio for a buck, boost and buck-boost converters, to transfer the maximum power from a PVM to a load, is presented in the paper. Additionally, the existence and uniqueness of optimal internal impedance, to transfer the maximum power from a photovoltaic module using load matching, is proved.

References1

Solodovnik E. V., Shengyi Liu, R. A. Dougal. Power Controller Design for Maximum Power Tracking in Solar Installations. IEEE Transactions on PE, vol. 19, no. 5, Sept. 2004, pp.1295–1304

Nevzat Onat. Recent Developments in Maximum Power Point Tracking Technologies for Photovoltaic Systems. International Journal of Photoenergy, Vol. 2010, Article ID 245316, 11 pp., doi:10.1155/2010/245316

T. Esram, P. L. Chapman, Comparison of photovoltaic array maximum power point tracking techniques, IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 22, no. 2, 2007, pp. 439–449.

P. Santiago, C.. Javier,. F. Sorribes-Palmer «On the Analytical Approach to Systems Behavior, Wind Speed Sensors Performance, and High¬Speed Train Pressure Wave Effects in Tunnels», Mathematical Problems in Engeneering, Vol. 2015, Article ID 897357, 17 pages, http:// dx. doi. org/10.1155/2015/897357

Трещ, А. М. Система управления фотоэлектрической установкой при автономном использовании / Ю. Н. Петренко, А. М. Трещ // Наука и техника. Межд. научно-технической журнал. Минск 2013 № 1. С. 53–56.

D. P. Hohm and M. E. Ropp, «Comparative Study of Maximum Power Point Tracking Algorithms», Prog. Photovolt: Res. Appl. 2003; 11:47–62 DOI::1002/pp.459.

Elzein, I. Maximum Power Point Tracking System for Photovoltaic Station: a Review. System Analysis and Applied Information Science, No. 3, 2015, pp.15–20.

Elzein, I. Fuzzy Logic Controller Design for Photovoltaic System / I. Elzein, Y. N. Petrenko// Information Technologies and Systems 2014 (ITS 2014), Proceedings of the Int. Conf.(BSUIR, Minsk, Belarus, 29 th October, 2014), pp.36–37.

H. I. Abdelkader, A. Y. Hatata, M. S. Hasan Developing Intelligent MPPT for PV Systems Based on ANN and P&O Algorithms. International Journal of Scientific & Engineering Research, Vol. 6, Issue 2, February-2015, p. 8.

I. A. Elzein, Y. N. Petrenko. A study of maximum power point tracking algorithm for photovoltaic system using a fuzzy logic controller. WIT Transaction on Engineering Sciences, Vol.96, WIT Press, 2014, pp.409–419.

Elzein, I. Fuzzy logic controller implementation for photovoltaic station / I. Elzein, Y. N. Petrenko// System Analysis and Applied Information Science, No. 4, 2014, pp.44–48.

Сотникова М. В. Разработка инструментального пакета для решения задач управления с нелинейными прогнозирующими моделями в среде MATLAB // Тр. V Межд. научной конф. «Проектирование инженерных и научных приложений в среде MATLAB». – 2011. – C. 299–319.

Веремей Е. И., Сотникова М. В. Стабилизация плазмы на базе прогноза с устойчивым линейным приближением // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 10. 2011. – Вып. 1. – С. 116–133.

Сотникова М. В. Вопросы устойчивости движений в системах управления с прогнозирующими моделями // Вестник воронежского государственного технического университета. – 2012. – T. 8. – № 1. – С. 72–79.

Сотникова М. В. Синтез робастных алгоритмов управления с прогнозирующими моделями // Системы управления и информационные технологии. – Т. 50, № 4. – 2012. – С. 99–102.

Margarita V. Sotnikova, Evgeny I. Veremey. Dynamic Positioning Based on Nonlinear MPC // IFAC Proceedings Volumes (IFAC-PapersOnline). Proceedings of the 9th IFAC Conf. on Control Appl. in Marine Systems (CAMS 2013). Osaka, Japan, September 17–20, 2013. – Volume 9, Issue PART 1, 2013, Pages 37–42.

Meng Zhao, Xiaoming Tang. Robust Tube-based MPC with Piecewise Affine Control Laws. http://dx.doi.org/ 10.1155/2014/358148.

T. Geyer, G. Parafotiou, R. Frasca, and M. Morari, «Constrained Optimal Control of the ВС-ВС Converter,» IEEE Transactions on Power Electronics, vol.23, Sept. 2008, pp.2454–2464.

Comparison of Hybrid Control Techniques for Buck and Boost DC¬DC Converters. Sébastien Mariéthoz, Member, IEEE, Stefan Almér, Mihai Bâja, Andrea Giovanni Beccuti, Diego Patino, Andreas Wernrud, Jean Buisson, Hervé Cormerais, Tobias Geyer, Member, IEEE, Hisaya Fujioka, Member, IEEE Transactions on Control Systems Technology, Vol. 18, NO. 5, September 2010. P. 1126.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.