TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol. 14, No. 1, April 2015, pp. 80 ~ 89   DOI: 10.115 9 1 /telkomni ka. v 14i1.745 4          80      Re cei v ed  De cem ber 1 2 , 2014; Re vi sed  Februar y 3, 2 015; Accepte d  March 1, 20 15   Single Phase Z - Source Inverter with Differential  Evolution (DE) based Maximu m Power Point Tracker       M.F.N. Tajuddin* 1 , S. M .  Ay ob 2 , Z.  Salam 2 , B. Ismail 1 , A. Azm i 1   1 Po w e r Electro n ics, Contro l a nd Optimizati o n  Rese arch Group (PECO),   Schoo l of Elect r ical S y stem Engi neer in g,  Uni v ersiti Mala ys i a  Perlis (U niM AP),  Pauh Putra C a mpus, 026 00 A r au, Perlis, MA LAYSIA  2 Centre forElec t ricalEnergy S ystems, Fa cult y   of Electrical En gin eeri ng,   Univers i ti T e knolo g i Mal a y s ia  (UT M ), 81310  Skuda i, Johor,  MALAYSIA  *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : faridun @un i map.ed u.m y       A b st r a ct   This paper pr esents an  efficient power conditi oning system   for PV power system  generation. The  prop osed  Ph otovolta ic Pow e r  Con d iti oni ng  System  (PVP C S ) used  a s i n g l e-stag e si ngl e - phas e Z - Sour ce   Inverter (Z SI) integrate w i th a  relative ly n e w  evol ut ion a ry o p timi z a ti on a l g o rith m kn ow n as the Differ e n t ia l   Evoluti on (DE)  as the Max i mum P o w e r Poi n t (MPP) T r a cker. Utili z a ti on  of sing le-stag e  pow er con d iti o n e r   overco mes sev e ral draw b a ck of the tw o-stage config ur atio n  namely a hi gh er part count, low e r efficiency ,   low e r rel i ab ility ,  high er cost a nd l a rger  si z e .  Furthermo re, w i th a h i g h ly  effective D i fferent ial Ev oluti on ( D E)   base d  MPPT  techn i qu e, the  max i mu m p o w e r extraction  fr om PV p o w e r gen erator is a l w a ys at the optimu m   valu e. T he pr opos ed tech ni que c an track  the true gl ob al MPP in  mo st environ ment al circu m sta n c e s   particularly  dur ing the occ u rrence of  partial s hading c o nd ition. The  proposed PVPC S is   developed using  MATLAB/Simulink. Simulation resu lts show  that the pr oposed PVPCS is able to  reali z e inversion and  boost functi on i n  sing le proc es sing stag e as  w e ll as dea lin g  w i th partial sh adi ng co nditi on .       Ke y w ords :   z - s ource i n verter, MPPT , differential evo l utio n (DE)     Copy right  ©  2015 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d       1. Introduc tion  In the pa st, the p r ice of th e PV modul e s   was a  m a jo r contrib u tion  to the ove r al l co st of  the syste m s.  Ho wever, fo r  the pa st 20 y ears, sol a r  el ectri c  en ergy has  gro w n t r e m endo usly d u e   to the de crea sing  co sts an d pri c e s . Thi s  decli ne  ha s  been  drive n   by an in crea sing efficie n cy  of  sola r  cell s, manufa c turi n g  tech nolo g y improve m en ts and  e c on o m ies  of scal e. Therefore, the  co st of the p o we r  con d itioning u n it is  n o w b e co ming  more  domi n ant in the  overall  system   co st.  Thus,  the  key  issue s  fo r P V  appli c ation   system  is  to l o we r the  cost  per inve rter  watt an d at t he  same  time  achi eve the  best  perfo rmance of th e po we r ele c troni cs  con v erter o r  p o w er  conditioner.  Re cently, gri d  con nect ed PV systems  have  become  very popular beca u se the y  do not  need  battery  back-up s to e n su re MPPT.  Stand alon e system s can also ac hieve  MPPT, but they  woul d nee d suitable batte ry back-u p s fo r this p u rp ose .  Multi-stag e conve r ter  systems have  be en  repo rted fo r  certai n a ppli c ation,  but PV  system  appl ication s  n o rm ally  employ dual stage s  [ 1 ].  The first stag e is u s ed to  track the MP P and pe rha p s am plify the PV array v o ltage while t h e   se con d   stag e invert s thi s  d c   po we r  into hig h  q u a lity ac  po wer.  Normally, the first  stage  comp ri se s of  a boo st o r  bu ck-bo o st type  dc-d c conver ter topol ogy. Two - sta ge  co nfiguratio ns  a r e   proven to be  performi ng  well, but have some  d r a w ba cks  su ch  as highe r p a rt cou n t, lower  efficien cy, lower reli ability, highe r  co st  and la rg er  si ze [2]. The i s sue is whethe r it is p o ssible  to  redu ce  the  numbe r of  power  pro c e ssi ng  stage s in such  systems. T w o sim p le a n d   straig htforward solution s to  this  req u ire m ent c ould  b e  (1 ) u s in g  convention a l  H-b r id ge inve rter  followe d with  step up tran sform e r  (line  freque ncy tr a n sformer) [3] or (2) u s ing  a  large PV a r ray  with suffici ent ly high PV voltage co nne ct ed to H-b r id g e  inverter [4, 5].    Although the s e  solutio n s are in fa ct  is practi cal,  they suffer from the f o llowin g   sho r tco m ing s . The line - freque ncy tra n sformer i s   rega rd ed a s  a poo r co mpone nt du e to   increa sed  size, weight, an d pri c e [6]. In addition,  the  inverter ha s  to be oversized to co pe with  the wide PV  array voltage  chan ge. On  the other  han d, a PV array  with larg e d c  voltage suffe rs  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Single Pha s e  Z-Source In verter  with Differential E v olu t ion (DE) b a sed… (M.F. N . Tajuddi n)  81 from drawba cks such as hot-s pots d u ring p a rtial  sha d ing of  the array, re duced safety and   increa sed  p r obability of l e aka ge  cu rren t throu gh  th e  pa ra sitic  ca pacita n ce b e twee n the  pa nel  and th e sy ste m  ground  [7]. Furth e rm ore,  in both  the  o p tions, th e in verter m u st t a ke  care  of t h e   MPPT.  Therefore, ba sed on the  cu rre nt trend s a nd literat ures,  it is sensible  to con c lude t hat the   best o p tion for PV syste m s is to h a ve a sin g le p r oce s sing  sta ge between  PV array an d the   grid/loa d that  able to pe rfo r m the MPPT  task, voltage  boostin g  a s  well a s  inversion. Thi s  is i n   line with mod e rn day nee d s  whi c h re qui re a sy stem  to be compa c t, highly reliable, excelle nt  perfo rman ce,  less  comp on ents count an d redu ce d we ight at lower  co st.   Z-source i n verter  (ZSI)  was first pro p o s ed  by Fang  Zheng  (20 0 3 )  is a ne w top o logy in  power  conversion.  One of t he mai n  advantages of  ZSI is it s ability  to realize inve rsion and  boost  function  in  si ngle  processi ng  stage  [8]. In  contrast   with the  tra d i t ional voltag e  so urce  (VSI) or  curre n t so urce inve rters  (CSI ), the Z - Source i n ve rter  (Z SI) e m ploys a  un ique imp eda nce   netwo rk  with split indu ctor  L 1 , L 2   and ca pacito r   C 1 , C 2   conne cted i n   X  shape b e t ween the in p u t  voltage a nd t he inve rter bridge.  With th e uni que   imp edan ce  net work,  ZSI can i n tentionally  u s e  a  swit chin g  sta t e that is not  permitted in  the VSI  whi c h i s   call ed t he “sh oot-th r ough ”  state.   By  utilizing thi s   swit chin g sta t e, the inverter can  o u tput  voltage high er o r  lower t han the  DC l i nk  voltage.   Therefore, th e inverte r  i s   a bu ck-b oo st  ty pe co nverte r an d  can  out put whatever  voltage   desi r ed, an d overcome th e voltage limitation of t he voltage so urce inverter a n d cu rre nt sou r ce   inverter. F u rt herm o re, th e  reliability of t he Z - sour ce  inverter is  gre a tly enhan ce d with th e a b i lity  to han dle th e  sho o t-throug h state.  He nce, by ex ploiti ng the  adva n tage s of  ZSI, numbe r  of a c tive  swit chin g  dev ice s ,  volume and co st  ca n also be  mini mized. Fi nall y , the overall  efficien cy of the  system i s  gre a tly improved  by reali z ing  singl e stag e i n versi on, bo o s t and m a ximum po wer  poi nt  tracking (MP P T).    So far seve ral re sea r che r s have im pl ement ZSI for PV ba sed  powe r   con d i tioning   system (PVP CS) an d the result s are hi g h ly enco u ra gi ng [9-12]. Hu ang  et. al.  [xx] have propo sed   a sin g le  stag e co nfiguratio n for a  split  pha se  syste m  for PV ap plicatio n which uses  ZSI. This  config uratio n  requi re s  six switch es, o perating at  hig h  frequ en cy is  recom m en ded  for high  po wer  swit che s . P& O alg o rithm   has be en i m plemente d  a s  the  MPPT  metho d . Op timal op erati on  perfo rman ce  of a bru s hle s s dc m o tor  (BLDC),  usi n g  ZSI fed by  PV system to drive a  wa ter  pumpin g  sy st em ha s b een  pro p o s ed i n   [13]. The  p r o posed  syste m  employ s a  ZSI to extract  the   maximum po wer  of PV array and su ppl y the BLDC  moto r. In ord e r to achieve  an accu rate  MPP,  a variable  ste p  size increm ental co ndu ct ance met hod  was utili zed.  Since ZSI is rega rde d  as a  new type  of inverters, a lot  of research  on this to pic is still focusing on the cont rol algorithm  [12],  swit chin g  sch e me [14]  an d  ne w top o log y  derived  fr om it such as   quas i   z - s o urce [15], multilevel   ZSI [16], etc.  Most of the works d one in t h is  a r ea o n ly use d  co nvent ional MPPT a l gorithm s such   as Pertu r b a nd Ob serve  (P&O), Incre m ental  Co nd uctan c e (In c Con d ), Hill Climbing (HC) and  etc .  to track  the MPP.      The co nventi onal algo rith ms perfo rm very well und e r  the uniform  insolation  co ndition s,  but it deviate s from  and  o scill ates  aro u nd the ma xim u m po we r poi nt, since the  system m u st  be   contin uou sly  pertu rbe d  in  orde r to  dete c t the maxim u m po we r po int [17]. Ho wever, when t he  weath e r  rapi dly ch ange s,  the P&O m e thod fail s to  t r ack th e max i mum p o we r  point effe ctively  [18]. Furthermore, in p a rti a l sh ading  co ndition s, t hey can not distin guish betwee n  the glob al p e a k   (GP)  and l o cal pea k  (LP) sin c e l o cal  MPP sho w s  the sa me typ i cal  cha r a c teristics a s  gl ob al  MP P ,  su ch a s  it  h a s   dP / dV =0 a nd th e  slop e at it s ri ght an d left  si des have  different  sig n s.  T hus,  an amou nt of power  gen eration  can n o t be utiliz e d  by using  convention a l algorith m s  when  partially sh ad ed co ndition  occurs o r  so me part s  of PV array are d a mage d [19].  Obviou sly, co nventional  M PPT algo rithm will fail to   conve r ge  to t he real valu e  of glob al   MPP point. I n  effort to  o v erco me th e  aforementio ned  problem s,  several  re sea r che r s ha ve  utilized the a r tificial intellig ent (AI) tech n i que s su ch a s  fuzzy logic  control (F LC) [20] and neu ral   netwo rk (NN) [21]. Both tech ni qu es  are proven to  be very  effective in deali n g with  nonli n ear  cha r a c t e ri st ic s of   sola r c e ll  I-V  cu rve ,  but the drawb a ck i s  that they ne ed an  exten s ive   comp utationa l and still una ble to locate  the global  pe ak of MPP. Evolutionary al gorithm s (EA s )  have come  o u t to be a  better  solution  an d app ear very  promi s in g to  overcome thi s  p r oble m . EAs  are ve ry pop u l ar in m any e ngine erin g ap plicatio ns  but  to date, num b e r of  researchers who a p p l y  this metho d  for MPPT ap p lication i s   still very small.  Ability of EAs to handl e no nlinea r fun c tions  without requi ring de rivatives info rmatio n makes  it as an attract i ve choi ce. These metho d s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 14, No. 1, April 2015 :  80 – 89  82 sea r ch from a populatio n  of points instead of a  si ngle point a s  in conventio nal sea r ch a n d   optimizatio n t e ch niqu es.  Hence, it is forese en to   b e  ve r y  e ffic i en t in  d e a lin g w i th  MPPT  pr oble m   [22]. Variou s EA metho d s are fou nd i n  the lite r ature but  the m o st po pula r   o nes a r e  gen etic  algorith m  (G A), particle  swarm optimization (PSO ) a nd differential  evolution (DE). Among them,   PSO and  DE  are  hig h ly p o tential du e t o  its  simp l e   stru cture, ea sy imple m ent ation an d fa st  computation capability.    This pa per ai ms to  ove r co me the  sho r tcomin g  of the  dual -stage s  VSI or  CSI a s   well  as  improvin g th e current  M PPT strate gi es  by em plo y ing ZSI an d ap plying  a  rel a tively n e w   evolutiona ry optimizatio n  algorith m  kno w n a s  the  Differential Evol u t ion (DE) a s  t he MPP tra c ker.  The main im petus of u s in g DE is ba se d on studi es   in other field s  that demon strated that  DE  conve r ge s fa st, accurate,  robu st, simpl e  and re quires only a few co ntrol pa rameters [23-25].  The metho d   appe ars to b e  highly ca p able an d up  till now, no  research er  has a pplie d this   method for M PP tracki ng o f  PV system wi th the use of z-sou r ce in verter.       2. ZSI Based  PV Po w e r Conditioning  Sy stem (PV-PCS)  A ZSI can  b e  used to  re alize  both  DC volt age  bo ost an d DC-AC inversio n  in sin g le   stage  with a dditional feat ure s  that can not be  acco mplish ed wit h  the traditio nal PV-PCS. The  power  circuit  of a PV based sin g le -ph a se ZSI with  the tradition al dire ct sh o o t-thro ugh  co ntrol  stru cture is  shown in Fi gu re 1. An im p edan ce  net work containin g  two e qual  (split) i ndu ctors in   seri es a nd di agon ally con necte d to two equal (split ) cap a cito rs, outputs  DC voltage (DC li nk  voltage) to a  sin g le -pha se  inverte r   brid ge  whi c h  i s   comp ri sed  of  four po we r I G BT’s with  a n ti- parall e l diodes. The Z - net work fac ilitates the  shoot-through states  so that they are utilized more  advantag eou sly without an y harmful effe cts to the inverter o peratio n.       Figure 1. PCS based Z - So urce Inverter      The MPPT  control  algo rith m provide s  a   sho o t-throug h  inte rval whi c h sh ould   be  inse rted  in the switch ing wavefo rms of the in verter to out put maximu m amount of  powe r  to th e Z- netwo rk. At this in stant, the voltage  a c ro ss the Z - source  cap a cit o r,  V C  is eq u a l to the out put  voltage of the PV array ( V PV ). A ZSI h a s thre e ope rating mode s,  namely an a c tive (non  sh oot- throug h) mo d e , a shoot -through mo de a nd a tradition al zero mod e .  From the  symmetry of the Z-source  n e twork the follo wing i s  obtain ed:    C C C V V V 2 1      L L L v v v 2 1          ( 1 )     Whe r e   is voltage a c ro ss the Z-sou r ce  ca pacito r , and   is voltage a c ross the indu ctor.   Con s id er tha t  the inverter bridg e  is in  one of the  four no n-sho o t-thro ugh  switchi ng  states, for an  interval of  .  No w the inverter bri dge a c ts as a traditional VSI, thu s  acting a s  a  curre n t sou r ce as  sho w n i n  Figure 2. Beca use of  the symmetri c a l  configu r atio n of the circu i t,  both of the equal indu cto r s have ide n tical current value s . The di ode  D , sho w n in the power  circuit i s  forward  biased i n  this  ca se. T he volt age  a c ro ss the  Z-netwo rk in th is case can  be   written as  follows :    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Single Pha s e  Z-Source In verter  with Differential E v olu t ion (DE) b a sed… (M.F. N . Tajuddi n)  83 C PV L V V v         PV dc V v           ( 2 )   PV C L C dc V V v V v   2 ˆ     Whe r e   is the output volta ge of the PV  array,   is the DC lin k voltage and    is the peak  DC lin k volta ge of the inverter.       Figure 2.   Equivalent circuit of the Z-so urce invert e r  viewe d  from th e dc lin k duri ng non -shoot - throug h state       Duri ng the  n on-sho o t-thro ugh  swit chin g state of  op eration, the i n verter  brid g e  ca n be  rep r e s ente d  by  a  current source with ze ro  valu e (i.e.,  an op en  circu i t). T herefore, Figure 5.3  can  rep r e s ent the  equivale nt ci rcuit  of ZSI from the  dc- lin k p o int of vie w   when  the i n verter bri d g e  is  in one of the four no n-sh oo t-throu gh swit chin g state s .         Figure 3. Equivalent circuit of the Z-so urce inve rte r  viewe d  from th e dc lin k wh e n  the inverter  bridge is  in the s h oot-through z e ro s t ate      The inverte r  bridg e  is un der the shoo t-throu gh sta t e for an interval of  , duri ng a  swit chin g cy c l e , . During thi s  mode, the inverter b r idg e  is seen a s  a sho r t circuit from the DC  link poi nt of view. From  the equival ent circui t  shown in Fig u re 3, the v o ltage a c ross the  impeda nce el ements  can b e  related a s :     C L V V ;  C PV V V   2 ;  0 dc v          ( 3 )     In steady  sta t e con d ition,  the avera ge  i ndu ctor volt age ove r  on e switchi ng  period ,   sho u ld be  zero. Thus fro m  Equation (2)  and (3 ), one  has    0 ) ( 1 0 T V V T V T v V C PV C L L         ( 4 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 14, No. 1, April 2015 :  80 – 89  84 Or,     0 1 1 T T T V V PV C            ( 5 )     Whe r e   is a  the non-sho o t -throu gh peri od and  is the shoot-th r o u gh perio d. Similarly, the   averag e dc-li n k voltage of  the  inverter  can be written as:     C PV PV C dc DC V V T T T T V V T T v V 0 1 1 1 0 ) 2 ( 0       ( 6 )     The pea k d c -link voltage a c ro ss the inverter  b r idg e , expre s sed in  Equation (2),  can be   rewritten as :    PV PV PV C L C dc V B V T T T V V v V v 0 1   2 ˆ        ( 7 )     Whe r e,     1 2 1 1 ) ( 2 1 1 0 0 0 1 D T T T T T B         ( 8 )     Is the boo st factor  and   can be referre d  to as the shoot-th r ou gh  duty ratio an d is equ al to  ) ( 0 T T On the AC si de, the output  peak p h a s e  volt age from the inverte r  ca n be expre ssed as:     2 2 ˆ ˆ PV dc ac V B M v M v           ( 9 )     Whe r e   is the  modulatio n i ndex (  1 . By choosi ng the a ppro p ri ate bu ck-bo o st fa ctor,  ,  the output voltage ca n be stepped u p  an d down.     ) 0 ( B M B B           ( 1 0 )     From Equ a tio n  (1), (5) an d (8), the capa citor voltage can be written as:     PV PV C C C V D D V T T T T V V V 0 0 0 0 2 1 2 1 1 ) ( 2 1 ) ( 1      ( 1 1 )     2.1. MPPT Control of ZSI   To ensure t he optim al utilization of l a rg e PV array, maximum power  poi nt tracker  (MPPT) i s  e m ployed in  conjun ction  wi th the power  conve r ter (d c-dc co nverte r  and/or  i n vert er).  Ho wever,  du e to the  varyi ng e n viron m e n tal conditio n  su ch  a s  tem peratu r e  an d  sola r in sol a tion,  the  P – V  ch a r acte ri stics curve exhibit  inco nsi s tent  maximum po wer point  (M PP), posi ng  a  chall enge  to t he tracking  p r oble m . A variety of MPPT  algo rithm s  h a ve be en  rep o rted  to extra c t   maximum po wer fro m  a PV array [19].  The MPPT control sch e m e  for a ZSI b a se d PV-PCS is   sho w n in Fi g u re 4. Fo r a  ZSI based P VPCS, the MPPT algorith m  gene rate s  a sho o t-throu g h   perio d ( ) to  boo st the Z-sou r ce ca pacitor voltage  to the PV array voltage at the MPP. As  discu s sed in  the previou s  se cti on, the shoot -thro u gh duty peri od ( ) requi re d to boost the   cap a cito r voltage is di re ctly calculate d  and t he sh oot-throug h referen c e  straight line s  a r e   gene rated to  prod uce sh oo t-throu gh pul ses with a  si m p le boo st co n t rol, as shown in Figure 4.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Single Pha s e  Z-Source In verter  with Differential E v olu t ion (DE) b a sed… (M.F. N . Tajuddi n)  85     Figure 4.   ZSI  PV-PCS cont rol blo ck di ag ram       3. Differential E v o l ut ion (DE) Algo rith m  Differential E v olution (DE )  is one of m e ta-h e u ri stic  method an d  powerful tool s to find   global optim a l  solution. DE  was invente d  by K.  Price  and R. Storn [26] after they find out the   pro c ed ure of  differential m u tation combi ned  with di screte recombi nation a nd p a ir  wise  selection   without an ne aling facto r . A conventio n a l dire ct  se arch meth od u s e s  a st rateg y  that genera t es  variation s  of the desi gn p a ram e ter ve ctors. On ce  a variation i s  g enerated, the  new p a ra me ter  vector i s  a c cepted o r  not.  The ne w pa ramete r vect or is  accepte d  in the case it redu ce s  the  obje c tive function value. T h is metho d  is usua lly nam ed the gre e d y  search. Th e gree dy sea r ch   conve r ge s fa st but can b e  trappe d by local mi nima . This disa dvantage can b e  eliminated  by  runni ng seve ral vecto r s  si multaneo usly . This is  the  main idea  of differential  evolution (DE)   algorith m  [27 ]. The main   differen c e  be tween th e g e netic al go rith m and  DE i s  GA u s e bi n a r y   codi ng for rep r esenting p r o b lem pa ramet e rs  while  DE  use re al co di ng of floating point numb e rs.  The  cruci a l i dea  behi nd  DE i s  a  sch e m e for g ene rating tri a l p a rameter vecto r s. Ba si cally, DE   add s the wei ghted differe n c e bet wee n  two po pulatio n vectors to a  third vector.    The key parameters of control a r e:  NP  - the pop ulation si ze,  CR   - the crossover  c o ns tant,  F  - the weight a pplied to ra n dom differe ntia l (scalin g factor). It is worth noting t hat  DE’s control  variable s ,  NP ,  F  and  CR , are n o t difficult to choo se  in orde r to o b tain promisi n g   results. Sto r n  [28]   have  come  out  with  seve ra l   rules in selecting the control param e ters. The  rule s are liste d belo w :  1)  The initialize d  popul ation  sho u ld be  sp read  a s  mu ch  as po ssible  over the obj e c tive   function surfa c e.   2)  Freq uently th e cro s sover  p r oba bility  CR [0,1] must  be  con s id era b ly lowe r tha n  on e  (e.g. 0.3). If no conve r ge nce can b e  achi eved,  CR [0.8, 1] often helps.  3)  For m any ap plicatio ns  NP =10 × D,  wh ere  D  i s  the n u m ber  of pro b l e m dime nsi o n.  F  is   us ually c h os en at [0.5, 1].   4)  The high er th e popul ation  size,  NP , the lowe r the wei ghting facto r   F  shoul d ch o o se.   These rul e s  of thumb for  DE’s  control variabl e s  whi c h is e a sy to  work with i s  one of  DE’s m a jor  contributio n [2 9]. The detail ed Differ entia l Evolution al gorithm  used  in the p r e s e n t  study is given  below:   1) Req u ire:   a)  D  – pro b lem  dimen s ion   b)  NP ,  CR ,  F  – control pa ram e ters  c)   G  – Num ber  of generation/ stoppi ng con d ition   d)  L , H  – bou nda ry con s trai nts  2)  Initialize all th e vector po pu lation ran dom ly in the given upper & lo we r boun d.    NP j D i L H L Pop ij ij ,...., 1 , ,...., 1              ) 1 , 0 ( rand ). (   3)  Evaluate the fit ness of each vector.     ) ( j Pop f Fit   4)  Perform m u ta tion & cro s so ver.  a)  For ea ch ve ctor x j,G  (target vector), a mutant  vector i s  gene rated by:   ) .( , 3 , 2 , 1 1 , G r G r G r G j x x F x v          Whe r e the th ree di stin ct vectors  x r1 ,  x r2  and  x r3  rand omly  cho s e n  from  the current  popul ation ot her than ve ctor  x j,G .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 14, No. 1, April 2015 :  80 – 89  86 b) Perfo r m crossover fo r e a ch ta rget ve ctor   with its  mutant vecto r  to create a  trial  vec t or   1 , G j u     ) ,..., , ( 1 , 1 , 2 1 , 1 1 , G Dj G j G j G j u u u u   otherwise      ) Rnd ( ) rand (   if    , 1 , 1 , G ij i G ij G ij x i CR v U   i  = 1,…,  D  5)  Verifying the boun dary con s traint. If the boun d (i.e. lo wer & up pe r limit of a variable)  is violated  th en it  can  be  brou ght in  th e bo und  ra ng e (i.e. b e twe en lo we r & u pper  limit) either  by forci ng it  to lower/up per  limit (forced bou nd ) or  by ran d o m ly  assigni ng a value in the bo und ra nge  (wi t hout forcin g).     ) 1 , 0 ( rand ). (       ], , [ (   if i i i L H L x H L x   6)  Selection is p e rform ed for each target vector,  ,  by com parin g its fitn ess value with  that of the   trial ve ctor.  Vector with   lower fitness value is selected for  next  gene ration.   7)  Process is  re peated u n til a te rmination  criterio n is met .     The flowcha r t  sho w n in Fig u re 5 summa rize s the DE  algorith m .       Figure 5. Flowchart of DE  method       4. Simulation Resul t s   Figure 6  sho w s the  MATL AB/Simulink  simulatio n  m odel fo r th e  converte r  with  the MPPT  implemented in this   work . To verify the feas ib ili ty of the propo sed  algo rithm, first it  is   impleme n ted  by usin g ZSI. The follo win g  sp ecifi c atio ns fo r the b u c k–bo ost  con v erter a r e  used:  L 1  =  L 2  =  1 m H ,   C 1  =  C 2  = 1000  μ F. T h e  swit chin g fre quen cy is  set  to 10  kHz. F u rthe rmo r e, to  ensure the  system attains steady state  before an ot her MPPT cy cle is initiate d, the sampli ng   interval is cho s en a s  0.01  s.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Single Pha s e  Z-Source In verter  with Differential E v olu t ion (DE) b a sed… (M.F. N . Tajuddi n)  87   Figure 6. PV  system  with ZSI        (a)     (b)     Figure 7.   I-V  and  P-V  cu rv es du ring p a rt ial sha d ing             Figure 10. Tracking voltag e, current, po wer of  DE MPPT  Figure 11. Lo ad voltage  V L , load curre n t  I L ,  cap a cito r voltage  V C  and in verter voltage   V i  of  ZSI      As  can  be  se en in  Fig u re   7, until  t  =  1.0  s,  at which p o int shadi ng  occurs, th e  DE ba sed  MPPT  co ntrol l er cal c ulate s  the  co rrect  V MP   voltage ( V   4 . 239 4 1 . 17 ) and  I MP   current (3.5 A ) ,  respe c tively, corre s p ondin g  to the  maxi mum p o wer  p o int. Du e to  shadin g  of the   PV array (at  t  =  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 14, No. 1, April 2015 :  80 – 89  88 1.0 s), the o u tput po we r  of PV sud d e n ly decre ase s  fro m  its  op timal value o w ing to  sudd en  cha nge in o p e rating  cu rre nt. This will tend to rei n itia lize the MPP T  algorith m  a nd the ne w  MPP  (i.e. global  MPP) will be search via  DE algori thm .  It can be  seen in Fi gure 7, the M P PT   controlle r accurately com putes the  ne w glob al  I MP   current (2.7 4 A), corre s pondi ng to the  maximum po wer point  (14 6 .56 W) (se e  Figure 6 ) . Fi gure  8  sho w s the co rrespo nding  output  of  ZSI. It can be see n  tha t  the inverter output  voltage is bo ost ed without the need of  an   interme d iate  stage  su ch a s  boo st dc-d c converte r.       4. Conclusio n   In this pap er,  DE based  MPP tracker  works  in conj unctio n  with  a singl e-stag e singl e- pha se ZSI is pre s e n ted.  Inability of the c onven tional MPPT techniqu es in dealing with  multimodality  of  P-V  cha r acte ri stic cu rve duri ng p a rtial shadin g  can  be o v erco me by  the   prop osed  MPPT tech niqu e .  In additio n  t he ove r al l  efficien cy of th e  propo sed  P VPCS is furt her  enha nced by  employin g  a si ngle - sta g e  po we r  co n v erter. Imple m entation  of the switchi ng  scheme  and  its MPPT co ntrol st ru cture are p r ovid e d  as d e si gn  guidelin es. M A TLAB/Simulink  simulation is  used to validate the feasi b ility  of the proposed PVPCS parti cularl y how it handle  the partial sh ading  con d ition.       Referen ces   [1]  Bose BK, PM  Szczesn y ,  RL   Steiger w a l d . M i croc omp u ter c ontrol  of a r e si denti a l  phot ov oltaic  po w e r   cond ition i n g  s y stem .   IEEE  Transactions on In dustry Applications . 198 5; IA-21(5): 118 2-1 1 9 1 .  [2]  Jain  S, V A g ar w a l.  A si ngl e-stage  gri d  c onn ec ted  inv e rter topo log y   f o r sol a r PV  s y stems  w i th   maximum po w e r point tracking .   IEEE Transactions on Power Electronics . 2 007; 22( 5): 192 8-19 40.   [3]  Kang F S , et a l . A ne w  co ntro l schem e of a  cascad ed tra n s former t y p e   multilev e l PW M inverter for  a  resid entia l ph otovolta ic po w e r cond ition i n g  s y stem .   Solar Energy.  200 5; 78( 6): 727-7 38.   [4]  Lia ng T J , YC  Kuo, JF  C hen.   Sin g le-sta ge  photov olta ic e nergy  conv ersi on syste m .  IE E Proce edi ngs :   Electric Po w e r Appl icatio ns. 2 001; 14 8(4): 33 9-34 4.  [5]  Che n  Y, KM Smedl e y . A c o st-effective sin g l e -s tage inverte r  w i t h   ma xim u m  po w e r po int tracking.  IE EE  T r ansactio n s o n  Pow e r Electronics.  20 04; 19 (5): 1289- 12 94 .  [6]  Blaa bjer g F ,  Z  Che n , SB Kja e r . Po w e r e l ectr onics  as  effici e n t interface  in  disp ersed  po wer ge nerati o n   s y stems .   IEEE Transactions on Power Electronics.  20 04; 19 (5): 1184- 11 94 .  [7]  Kjaer SB, JK  Peders en, F  Blaab jer g . A revie w   of singl e-ph ase gr i d -con necte d i n verters for   photov olta ic modu les .   Industr y Applic ations,  IEEE Transactions.  200 5; 41( 5): 1292- 13 06.   [8]  F ang Z hen g P. Z - source inver t er .   Industry Applicati ons, IEEE Transactions .  2003; 39( 2): 504-5 10.   [9]  Badi n R, et  al.  Grid Inter c onn ected Z - Source PV S ystem . in P o w e r Electro n ic s Speci a lists   Confer ence, P ESC 200 7. 200 7.  [10]  Das A, D Lah ir i, AK Dhakar.  Residential solar power system s using Z - source inverter .  In  T E NCON   200 8 - 200 8 IEEE Regi on 1 0  Confer ence. 2 008.   [11]  Po  X, et  al.  Study of  Z - So urce Inv e rter f o r Grid-C on ne cted PV  Systems . I n  Po w e r Electronic s   Speci a lists Co nferenc e, PESC '06. 2006.   [12]  Yuan L, et al .  Controller design for qua si-Z-source inverter in  photovoltaic system s . In Energ y   Conv ersio n  Co ngress a nd E x positi on (ECC E). 2010.   [13] Mozafari  Niapoor  SAK,  S Dany ali, MBB S har ifian.  PV power   system  bas ed MPPT  Z-source inv e rter t o   supp ly a se ns orless BL DC  motor . In Po wer Electron ic &  Drive S y stem s &  T e chnol og i e s Conf erenc e  (PEDST C). 20 10.   [14]  T hangapr akas h S, A Krishna n. A ne w  s w itc h in g schem e for Z - source i n verter to mini mize rip p les  in   the Z - source el ements .   Intern ation a l Jo urna l of Automatio n  and C o mputi n g . 2012; 9(2): 20 0-21 0.  [15]  Shah par asti M,  et a l .  Quas i Z - source inv e rter fo r photov olt a ic system connec ted to s i ngle phas e AC  grid . In Po w e r  Electron ic & Drive S y st ems & T e chnolog ies  Confer ence (P EDST C). 2010.  [16]  Bana ei  MR,  et al. Z - so urc e -bas ed  mult i l e vel  inv e rter  w i t h  r educti on  of s w itc hes.   IET Power  Electron ics.  20 12; 5(3): 38 5-3 92.   [17]  Solo dovn i k EV , L Sh en g y i,  R A  Do ug al. Po wer co ntroll er  de sign  for ma xim u m p o w e r  trac king  in  so lar   installations.  Power Electronics, IEEE  Transactions . 20 04;  19(5): 12 95- 13 04.   [18] Yeon g-Ch au  K,  L  T s or ng-J uu, C. Jian n- F uh. Novel m a ximum-p o w e r -poi nt-tracking  controll er for   photov olta ic e nerg y  c onv ersi on s y stem. I ndustrial E l ectronics, IEEE Transactions .  200 1 ;  48(3): 5 94- 601.   [19]  Esram T ,  PL  Cha p man.  Comp ariso n  o f  P hotovolt a ic  Array  M a x i mum Po w e r  Point T r acking  T e chniques .   E nergy Convers i on, IEEE Transactions . 20 07;  22(2): 43 9-4 4 9 .   [20]  Chekir ed F ,  et  al.  I mplem ent ation  of a MP PT   fuzz y  co nt roller  for p hot ovolta ic s y ste m s on F P GA  circuit .   Energy Proced ia . 20 11 ; 6(0): 541-54 9 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Single Pha s e  Z-Source In verter  with Differential E v olu t ion (DE) b a sed… (M.F. N . Tajuddi n)  89 [21]  Rai AK,  et al.  Simulati on  mo del  of ANN  ba s ed maximum  po w e r point tracking c ontroller  for solar  P V   sy s t e m .   Sol a r Energy Mater i a l s and So lar C e lls . 20 11; 95( 2): 773-7 78.   [22]  Miy a take M, et al. Maximum  Po w e r Po int T r ackin g  of Multi p le Ph otovo l tai c  Arra y s : A PSO Approach .   Aerospace and Electronic Sys t em s, IEEE Transactions . 201 1; 47(1): 36 7-3 80.   [23]  T a juddin  MF N, SM A y o b , Z   Salam.  T r ack i ng of maxi mu m pow er poi nt  in parti al  s h a d in g  co nd itio n   usin g differe nti a l ev oluti on (D E) . In Po w e r a nd En erg y  (PE C on), 2 012 IE EE Internatio n a l Co nfere n ce.   201 2.  [24]  T a juddin MF N,  et al. Evoluti o nar y bas ed m a ximum  p o w e r  point tracki ng  techniq ue  usi ng differ entia l   evol ution alg o ri thm.  Energy an d Buil din g s.  20 13; 67(0): 2 45- 252.   [25]  T a juddin MF N ,  SM A y o b , Z  Salam.  Glo b a l  maxi mu m p o w e r poi nt tra cking  of PV s ystem  usin g   dyna mic p opu latio n  si z e   di fferential  evo l ution ( D ynNP -DE) al gorith m . In En erg y  Conv ersi o n   (CENCON), 2014 IEEE  Conference. 2014.   [26]  Storn R, K Price.  Differenti a l Evol utio n - A Simp le a n d  Efficient Ad aptive Sch e m e for Globa l   Optimi z a t i o n  o v er Conti nuo us  Spaces . 19 95,  Internation a l C o mputer Sci e n c e Institute, Berkele y , CA.  [27]  Karab o g a , D.  and  S. Okdem,   A Si mp le  an d  Globa l Opti mi zation  Alg o rith m for En gin eeri n g Pro b le ms :   Differenti a l Evo l utio n Algor ith m .  T u rke y  Jurn al Electric al En gin eeri ng, 20 0 4 . 12(1): p. 53- 60.   [28] Storn  R.  On th e Usa ge of D i fferenti a l Evo l uti on for F uncti on  Optimi z a t i o n . In   Proce edi ngs  of the F u zz y  Information Pr ocessi ng Soci e t y .  Berkel e y , C A , USA. 1996.  [29]  Storn R, K Price. Diffe renti a l  Evoluti on – A  Simple  an d Efficient He uristic  for Global Opti mizatio n  ov e r   Conti nuo us Sp aces .   Journ a l o f  Global Opti mi z a ti on . 19 97; 1 1 (4): 341- 35 9.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.