Int ern at i onal  Journ al of  P ower E le ctr on i cs a n d  Drive  S ystem   (I J PE D S )   Vo l.   11 ,  No.   3 ,  Septem be r   2020 , pp.  1499 ~ 1507   IS S N:  20 88 - 8694 ,  DOI: 10 .11 591/ ij peds . v 1 1 .i 3 . pp 1499 - 1507           1499       Journ al h om e page :  http: // ij pe ds .i aescore.c om   A maxi mum po wer poin t tracki ng base d on lev y flight  optimiz ation       C .   Charin 1 , D ahaman Is hak 2 , Muhamm ad Ammirr ul  A t iqi  M ohd Z ai nuri 3   1,2   School  of El e ct ri ca l   and   Elec t ronic s E ng ineeri ng,   Univer si ti Sa ins Ma la ysi a, Ma la ysi a   1   Facul ty   of Engi nee ring   T ec hnol ogy,   Univer si ti  Mala ysia   Perli s ,   Mala ysia   3   Facul ty   of Engi nee ring   and   Buil t  Env ironm en t,  Univer siti   Keba ngsaa n  Mal aysia,  Mal aysia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Feb   4 , 2 0 20   Re vised  M a r   6 ,  20 20   Accepte d  A pr   15 , 20 20       Thi s  p ape r   prop oses  a   Le vy   f li g ht  glob al  m axi m um  power   poin t  tra ck ing  for   solar  photovo ltaic  (PV )  sys tem  under   p art i a l  shading   cond it ions.   Th e  proposed  m et ho d  comes  with   me rit s   such  as  simpl icity ,   f ast  response  and   fre e   of   osci ll a ti o n.   Thi s   al go rit h m  uses   ran do m   sea rch   over   the  expl ora ti on   spac e   and   co m par es  the  pre v i ous  and   cur r ent  sta te s  to   obtai n  th e  b est  soluti on.   For  e val ua ti on  and  com par at iv e  an al ysis,  p erf orm anc e   of  the  proposed  me tho d  is  al so  measured  against  Pertu rb   and  Obs erv e  (P&O)  and   Parti cle   Sw arm   Optim izati o n  (P SO ).   All   three   al gorit h ms  are  simul a te d   in   MA TL AB/S im uli nk  envi ronm en t.   Si mul a ti on   res ult s  ar e   sati sfa ctory  over   th e   conduc t ed   te sts   under   un iform  and  non - un ifor m  irra di ance.  T he  proposed   al gorit h m  is  ab l e   to  tr ac k   global  ma xim u m  power   point   (GM PP )  under   par ti a l   shading  cond it io ns wit h  fast   tr acking  time   and   z e ro  ripple  at   st ea d y - stat e .   Ke yw or d s :   Global  ma xim um   powe r p oint   Lev y  flig ht  opti miza ti on   M a ximum  pow er  po i nt trac king   Partia l sha ding  cond it io n   This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  BY - SA   l ic ense .     Corres pond in g  Aut h or :   Dah a man  I s ha k,     School  of Elec tric al  an d El ect ronic E ng i neeri ng ,   Un i ver sit i Sai ns   M al a ys ia , E nginee rin g  Ca m pu s ,   14300 Ni bong  Tebal,  Pena ng,  M al a ys ia .   Emai l:  d aha ma n@usm .m y       1.   INTROD U CTION   Re new a ble  e ne rgy  is  see n  as  a  pro misi ng  al te rn at ive   in  ge ne rati ng  el ect rical   powe r  [1] .  S olar  is  one   of  the   po te ntial   can did at es   in  powe r  ge ne rati on  du e   to   avail a bili ty  of  t he  s un   [ 2]   and  cl ea nlines s  [3] .  M ore ov e r,  the   ope rati on al   a nd  mainte na nc e  c os ts  of  s ol ar  phot ovoltai c  ( PV)   are   lo w  c ompa red  t o  ot he r   ren e wa ble  ene rgy  re source s  [ 4] .  This  e mer gi ng   te ch nolo gy   has  gaine d  a  lot  of  interest s  from  researc he rs  in   the  a rea  of  gr i d  i nteg rati on,  con t ro l   an d  op ti miza ti on   [5] .   H oweve r,  thi s  te ch nolo gy  i s  sti ll   li mit ed  to  it s  eff i ci enc y  [ 6] . E ff ic ie nc y of  P V  syst em is sti ll  low , less tha n  22. 4%  [3,7] . Ad diti on al l y,  non - li near   pa ra mete rs   su c h  as   te mpe ratur e   a nd  ir ra diance   af fect  c har act erist ic s  of  c urren t   an d  vo lt age   c urves   of   t he  s olar   P V  [1] .  Th us ,   ma ximum  power  po i nt   trackin g  ( MPPT)   c on tr ollers  a re  nee ded  for  harnessi ng  the  opti mum  powe r   from  P V  mod ul es  [8] .   Var i ous  M P PT  met hods   hav e  bee n  pro posed  t o  ob t ai n  opti mum  powe r  f r om   s ola r  P V.  Fo r   insta nce,   two  M PPT   met hods  are   po pu l arly  us e d  s uc h  as  Pe rtu rb at io n  a nd  O bs e rva ti on   (P & O)  [9]   a nd  In c reme ntal  C onduct ance   ( IncC ond)  [10,1 1] .  The se  meth ods  w ork   well   unde r   unif orm  i rr a diance.   Howev e r,  they  faced  s ome   co ns trai nts   unde r  no n - uniform  irra dia nc es  across  P V   modu le s  [12 ] .  These  c onve ntion al   M PP T  al gorith ms f ai l  to  d ist inguis h  i n  betw een g l ob al   an d l ocal  ma xima,  causim g  t he   syst em  to  b e   trap ped  a t   local  ma xima  powe r po i nt  [ 13] .   Pr act ic al ly,  c onnecte d  PV  a r ray s   ca n  be   a f fected   by   en vi ronme ntal  c ha ng e s  s uc h  as  c loud,   le aves   and  dust  [ 14,15] .  T his  ph e no men on  is  ine vi ta b le   an d  unpredict able  w hich  ca us e  pa rtia l  sh a ding  c onditi on   (P SC)   to  occur   [16] .  S of t  c omp uting   meth ods   are  c onside r ed  as  the  most   po te ntial   cand i dates  to  mit iga te   the  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   3 ,  Se ptembe r   2020   :    14 99   –   15 07   1500   con ce r n  of   no n - unifo rm   irra diance  [ 17] .   N ow a da ys ,   soft  com pu ti ng   me thods  s uc h  as   arti fici al   intel l igent   netw ork   ( ANN )  [15,1 6] ,  Fu zz y  Lo gic   Co ntr ol  (F LC )  [16,1 8,19]   an d  Pa rtic le   S war m   O ptimi zat ion   (P S O)  ar e   mo st   prefe ra ble  am ong  resear cher s   [22] .   PS O  al gorithm   is   on e   of  th e  mo s t  le adin g  M PP T  te ch niques   use d  t o  detect   global  maxim um   pow er  point  ( G M P P)   under   PSC  [2] .  T his  met hod  c om e s  with   gr eat   a dv a nta ges  du e   to  it s   go od  pe rformance ,  simpli ci ty,   eas y  to   im plement   a nd  le ss   co mp le x  mathe mati cal   struct ur e   [16] .  Conve ntion al   PSO   al gorith m  w orks  well   unde r  P SC.  Howe ver,  due   to  la r ge  sea rc hing  area ,  this   meth od   su f fer s   lo ng e r  com pu ta ti onal   ti me  [16]   an d  ste ady - sta te   osc il la ti on .  I n  a ddit ion ,   this  al gorith m  al so  suffe rs   from   inter mit te nt  trac king   sin ce  it s  requires   an  a ppr opriat e  init i al   value   to   be  a ble   to   dete ct   certai n  c hanges   o f   irrad ia nce  c onditi on   [23] .   T o  so lve  t he  af orementi one d  pr ob le m s,  a  Le vy  flig ht  al gorit hm   is  propose d.   T he   main  featu re  of  the   pro pose d  method  is   the  abse nce  of   os c il la ti on   at   ste ady - sta te   co ndit ion ,   no  sp eci fi c  init ia l  value   is  requir ed  a nd  fast  c omp uting  ti me.     T his  al go rith m  c om es   with  abili ty  to   trac k  extreme   e nv i ronme ntal   conditi on  su c h  as  PSC.  C ompare d  to  oth e r  conve ntion al   t echn i qu e s,  Le vy  flig ht  al gorit hm   has  f ast   tra ckin g  sp ee d  a nd   is   si mp le   to   be   im plemente d.   T he   rest   of  this   pa per  is   orga niz ed  a s  f ollow s .   Sect ion  2  pr e s ents  on  PSC.  Sect io n  3  intr oduce s  the  the or et ic al   fr ame w ork  of   Lev y  flig ht  op ti miza ti on .  Se ct ion   4  disc usse s  th e   simulat ion res ul ts. Finall y, co nclusi on is g i ve n  in   Sect io n 5 .       2.   PAR TI AL  SH AD I NG C ONDITIO NS   Ty pical ly  unde r  PSC,   di ff e r ent  photon   c urre nt,  I ph   is   ge ner at e d  i n  c on j un ct io n  wit h  dif fer e nt  irrad ia nces   pe netrated   at   PV  ar ray.  This   ph enomen on  i nd i rectl y  ge ner at e s  a  hot  s pot  in   the   s had e d  m odule s   and  mi gh t  dam ag e  t he  m odul es.  T he  s olu ti on  to   this   af or e mentio ned  pro blem  is  done   by  int rod ucin g  bypass   diode  w hich   is  connecte d  in  par al le l  to  eac h  m odule.  T he   pr ese nce  of   bypa ss  di od e   in   each  m odule  create s   mu lt iple  peak s   of P - V  a nd  I - V  curves  as s ho wn in Fi gure  1  [6].           (a)     ( b)     F igure  1. (a )  P - V  a nd (b) I - V   curves  unde r u nif or m  con diti on (UIC )  a nd P SC       PV   mod ule  B PSX1 50  with   sp eci ficat io ns   as  sho wn  in   T able  1  is  us e d  to  ge ner at e  t he   patte r n  of  par ti al   sh a ding   conditi ons  in  t his  pa per.  T he  sp eci ficat io ns   are  obta ine d  unde r  sta nda rd   t est   conditi on   ( STC).  Ther e   a re  t hr e e  di ff e ren t   pat te rn s   of  pa rtia l  sh a ding   co ndi ti on s  ge ner at e d  as   s how n  i n  Ta ble  2.   The   same   patte rn s   are  ge ner at e d  in  MATL AB/Si mu l ink   for  four  P V  m odules  B PSX1 50   c onne ct ed  in  se ries   unde r   par ti al  s ha di ng cond it io n.       Table  1.   Sp eci f ic at ion s  of   phot ovoltai c mod ul e  BPSX 150   Table  2.   Partia l sha ding  pro file   Para m eters   Ratin g   STC po wer ratin g ,  Pm ax   1 5 0  W   Op en  cir cu it vo lta g e,  Vo c   4 3 .5 V   Sh o rt  circuit cur re n t,  Isc   4 .75  A   Vo ltag e at  m ax im u m  po wer ,  V m p p   3 4 .5 V   Cu rr en t at  m ax im u m  po wer ,  I m p p   4 .35  A   Nu m b er  o f  cells   72     Cas es   Patterns  ( W / m 2 )   Peak  po wer  (W )   Peak  1   Peak  2   Peak  3   Peak  4   PSC1   1 0 0 0 ,8 0 0 ,400,2 0 0   1 3 8 .94   2 4 9 .37   2 0 5 .86   1 4 2 .22   PSC2   4 0 0 ,400,1 0 0 0 ,20 0   1 3 8 .21   1 3 1 .26   1 3 3 .56   PSC3   1 0 0 0 ,4 0 0 ,200,6 0 0   1 3 8 .21   1 9 2 .86   2 0 3 .59   1 4 1 .54         3.   LE VY  FLI G HT OPTI MIZ ATIO N   Paul  Lev y  is  a   Fr e nc h  mathe mati ci an  w ho  introd uced  Le vy  fli gh t   distri bu ti on   in   19 37  [ 24] .   Le v y  fligh t  is  c onsi der e d  as   a  breakth rou gh  ov er  tra diti on al   Brownia n  m ot ion   by  c onsid erin g  distrib ution  f or  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       A maxim um  powe r point tr ack ing   base d on le vy fl igh t  op ti mi za ti on   …   (Da ham an Ish ak )   1501   current   an d  ne xt  ju mp  us in g  same  mathema ti cal   fo r m.   Le vy  m otio n  is   di verged  in   m ot ion .   Nowa day s ,  th i s   mo ti on  is  bein g  widely   ex plored  i n  natu re  si nce  Le vy  distri bu ti on  ca n  be  a pp li ed   in  t he  m os t  of  a nalyse s   su c h  as  in  phys ic s ,  bio lo gy,  fina nc e  an d  ec onom i cs.   T he  beh a vi or   of  a nimal  se arch i ng  f or  f ood  is  bein g  obse rv e d.  It  is  no ti ced   th at   the  a nimal  be hav i or  lo ok i ng  for  foo d  is   cl assifi ed  a s  r an dom  or  quasi - r andom   ma nner .  T he   decisi on  of  a ni mal  in  nex t  m ove  f or  f ood  sea rch   is  base d  on   curre nt  posit io n  a nd   t ran sit io n  prob a bili ty.  Th us ,  this  be hav i or  c an  be  m od el e d  mathemat ic al ly.  It  is  obse rv e d  that  mo st  a ni mal  an d  insect s  ex hib it   Le vy   fligh t   beh a vior.  Subs equ e ntly,  t his  beh a vior  is  ap plied  in  op ti mi zat ion   an d  op t imal   search.   P ow e r  la w  is  us ed  to  mathemat ic al ly  m odel   the  distribu ti on  of  L evy  flig ht  [ 24] .   Ra ndom  wal k  in  Lev y  distri buti on  is  co mpri sed  of   le ng th ,   l   dr a w n from  po wer l aw  f unct io n  as i n (1)  [24 ,   25] .     p (l )  =  l -     (1)      wh e re   l   de no te s by fli gh t l e ngth and    is  va riance, 1< <  3.   A  sim plifie d L evy flig ht is e xpress ed  in (2 ).     x t+1  = x t   +  L evy    (2)     In   he re,  x t+1   is  the  nex t  sta t e,  x t   is  cu rr e nt   sta te ,    is  ste p  siz e  an d    is  pro duct   of   e ntr ywis e   mu lt ipli cat ion s .   A  sim plifie d st ep  siz e,  s  sa mpl e g ene rati on is  expres sed  in ( 3).     s =  Le vy( )  = k x  ( | | 1 ) (  − )   (3)      wh e re   k  deno te s  as  Lev y  mu lt iplyi ng  c oe ff ic ie nt,     is   1.5   ,   wh il e  u  a nd    ar e  from   no rmal  distrib ution.  Given the te rm u  is   ex pr esse d  i n (4).   u    N(0, 2 u )   (4)      Wh il e  u   is e xpress ed  in (5 ).     = { Γ ( 1 + )  (  2 ) Γ ( 1 + 2 ) 2 ( − 1 ) 2 } 1     (5)     Give n  e qu at i on    is d en oted  by e xpressi on (6 ).     = N  (0, 2 )   (6)     Wh il e    is ex pr ess ed  in (7 ).       = 1   (7)     Figure  2(a)  shows  t he  fl ow c har t  of  Le vy   fligh t  op ti miza ti on   (L FO).  In  this  al gorith m,  a  set   of   par ti cl es  is  ch ose n.  One  be st - known  l ocati on  is  sel ect ed  as   sta rting.  A  w hole   ne w  gen e ra ti on   is  pr oduce d  with   Lev y  fligh t   m ot ion  w it h  ra ndom distri buti on.   Th e n e w  g en e rati on  is  e valua te d  with b est - know n  l ocati on.   This   process  is co nt inuousl y  e xec ut ed  unti l o ne pr om isi ng  point i s obtai ne d wh i ch  is t he best s olu ti on.     3.1.   Mech an ism  of  t he  pr oposed  MPPT se arch   In it ia ll y,   al l  th e  pa rtic le s  are  distrib uted   enti rely  at   P - V  c ur ve.   Fou r  par ti c le s,  D   are   sel e ct ed  in   this  pro po se d  al gor it hm .  Fig ur e   2  sh ows   the   fl owchar t   of  t he  m ov e ment   mec ha nism   of  t he  pa rtic le s.  T he  se le ct ed   par ti cl es  are   in it ia ll y  distribu t ed  at   duty  c ycl e  0.1,  0.2,  0.5  and  0.7   re sp ec ti vely.   T he   po wer  at   the   r es pe ct ive   du t y  cycle   is  r ecorde d.  Ba se d  on   the   init ia l  distrib ution  of  t he   pa rtic le s,  the   highest  powe r   is  s el ect ed.  T he   sel ect ed  pa rtic le   with  t he  high est   powe r  is  t he   init ia l  best  pa rtic le .  This  pa rtic le   serv es   as   the  gu i dan ce   f or   al l  oth e r  pa rtic le s  for   t heir   nex t   moveme nt.   Th e  di recti on  a nd   vel ocity   of   the   m oveme nt  of  the  par ti cl e  is   gu i ded  by   Lev y fli gh t  as shown in  (2 ).  T he  ste p si ze of  t he  pa rtic le  is random as t he  p arti cl e m oves closer  t o  the  M P P   the  ste p  siz e   is  small er.   T he  s te p  siz e  bec ome s  zer o  once   al l  the  par ti cl es  assigne d  m ov e d  t ow a rds  M P P.  T he   par ti cl es  c onti nu e   t o  update   their  searc h  un ti l  the  new  bes t  pa rtic le   is  found.  On c e  ne w  best   pa rtic le   f ound,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   3 ,  Se ptembe r   2020   :    14 99   –   15 07   1502   new  best  par ti c le   is  updated .  The   ne xt  it erati on  is   excec ute d  unti l  the   best   s olu ti on  is   f o und.  The   best  s ol ution  is t he ou t pu t  D . A t t his c onditi on ,  the  ma xim um   powe r  is  suc cessf ully trac ked by t he  al gorithm.         (a)     (b)     Figure  2. (a )  L evy flig ht  op ti miza ti on   (b)  L evy flig ht  GMPP       3.2.   Implem ent ati on   of the pr oposed  MP PT   The  same  basi c idea  of   LF O  as d isc usse d pre viously is a ppli ed  to track  m aximum p ower  p oi nt o f P V   modu le .  A  flo wch a rt  of  LF O   G M PP  is  as  s how n  in  Fi gur e  2(b).  A  f ull  PV   s ys te m  is  s how n  in  Fi gur e  3.     In   her e ,  this  al gorithm  is  functi on e d  t o  e xtract   global  ma xim um   powe r  by  com par i ng  wit h  the   existi ng  powe r  po i nts  a nd   i de ntify i ng  ph otovo lt ai c  po wer  wh ic h  is  nee de d  to   re gu la te   t he  du t y  c ycle  of   t he  boos t  c onve rter.   Lev y  flig ht  al gorith m  is  ap plied  in  s olar  po wer   s ys te m  t o  trace  global  m aximum  power  po i nt  un der   pa rtia l  sh a ding  co ndit ion s .  T he  mai n  pro gr a m  sta rt s  by  se ns in g  t he  vo lt age   an d  curre nt  of  P V   mod ule  as  s how n  i n  the  flo wchart  of  Fig ur e  2(b).  Each  dut y  cycl e  is  randoml y  distrib uted  within  the  sea rc hin g  s pace.  The  fitness   of  eac h  duty   c ycle  is   eval uated  a nd  t he   best   duty   c ycle,   pb est   is  fou nd.  T hen,  f or  eac h  duty   cycle   po sit ion  is  updated   base d  on   ra ndom   pro bab il it y.   T he  posit ion   of  duty   cycle  is  up dated  ba sed  on  ( 2).  I f  the  c urre nt   du ty   cycle  is  more  t han  c urren t  pb est ,  the n  c urre nt  dut y  c ycle  be comes   pbest .   By  em ployin g  Lev y  f li gh t  i n  global  powe r  sea rch,  i t  en han ce s  the   search   ca pab il it y  to   perform   gl ob al   e xplo rati on  th rou ghout  the  sea rch i ng  s pace .   In  Le vy  flig ht ,  the   mai n  ke y  facto r   in   t he  searc h  is  determi ned  by    par a mete r.  I n  he re,     valu e     of 1.5  is ch os e n.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       A maxim um  powe r point tr ack ing   base d on le vy fl igh t  op ti mi za ti on   …   (Da ham an Ish ak )   1503       Figure  3.  S olar  PV po wer   sy st em       4.   SIMULATI O N   RESU LT S   In   t his  stu dy,  a   so la r  powe r  s ys te m  is  m ode le d  in  MATL AB/Si mu li nk  t o  ver if y  the   ef f ect iveness  of  the  propose d  a lgorit hm   as  de picte d  i n  Fi gur e  3.  It  s hows   a   dc   s upply  s ys te m  power e d  by  P V   as  i nput  so urc e   connecte d  to  a   boos t  c onve rter  an d  dc  loa d.  I n  this  sim ulati on ,  t he  P V  model  is  re pr e sented  as   a  cu rr e nt   so urce  par al le l   with  a  sin gle  diode,  a  pa ral le l  sh unt  resist or   a nd  a  se rie s  resist or.   B oost  conve rter  ha ving  par a mete r  s pec ific at ion s  of  in du ct or   with  val ue  of  1 00  uH,  ou t pu t  ca pacit or   with  val ue  of  100  uF   a nd  20  kH z   of   s witc hing  frequ e nc y  is  desi gn e d  a nd   mode le d  in  M AT LA B/ Simuli nk.  T he  bo os t  co nve rter  is  co ntr olled  by   a  powe r  MOS FET.  P W M   s witc hing  is  va r ie d  base d  on   duty  c ycle.  A  c on sta nt  loa d  of   32   Ω  is  a ppli ed.   T he   du t y  c ycle  is  adjuste d  by  t he  pro po se d  al gor it hm   to  get  gl obal   ma ximum  powe r  point.   F irstl y,   the  pro pose d  al gorithm   is  te ste d  unde r  unif orm  ir ra diance   an d  la te r  unde r  non - unif orm  irrad ia nces.   Fi gure   4  s hows   r esults   of PV p ower , v oltage a nd c urr ent un d er  v a ry i ng irr a dianc es.         (a)       (b)     (c)     Figure  4. P ho t ovoltai c un der   varyin g  ir ra diances  (a) p ower  (b) vo lt age  ( c ) c urren t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   3 ,  Se ptembe r   2020   :    14 99   –   15 07   1504   Ba sed  on  the   resu lt s,  al l  al gorithms  ar e  able  to  track  maxim um   power   po i nt  unde r  cha ng i ng   irrad ia nces.   H ow e ve r,   P& O  al gorithm   suff ers  from   los se s  at   ce rtai n  ir r adiance.   T he   os ci ll at ion s  oc cur  at   certai n  i rr a dia nce   co ntribute d  t o  po wer  lo s ses.  As   ca n  be   see n,  P &O  al gorithm   has   os ci ll at ion ,  sl ower  ti me  respo ns e  an d  un sta ble.  PS O   al go rith m  s hows  lo w  os ci ll at ion ,  fa st  respo nd  ti me  an d  sta ble.  H ow e ve r,   th e   pro po se d  L FO  sh ows  t he  be st  performa nce   as  com par e d  to  both  P &O  and   PS O  since   LFO   has  the  lowes t   os ci ll at ion , fast est  r es pond ti m e an d  the  m os t  sta ble.   Nex t,   the   pe rformance   of  t he   al gorith m  is  te ste d  un der  pa rtia l  sh a ding  conditi ons.  Th ree  diff e re nt   patte rn s   of  par t ia l  sh a ding  c on diti on s   with  di ff e ren t   irra dian ces  are   pen et ra te d  at   f our  seri es  P V  mod ules .  It   is   well   kn own  t ha t  P& O  al go rithm   has   te nde nc y  t o  tra p  at   lo cal   maxima   durin g  it s  sea rch.   Th us,  this   al gorith m  may  fail   to  det ect   global  ma xi ma  unde r  par ti al   sh a ding  c onditi on s .  Fi gure  5  s hows   simul at ion   resu lt s  for  PS O   and  L FO  al go rithms.   It  ca n  cl early  be   ob s erv e d  that   bot h  al gorithm s  a re  a ble  t o  dete ct   gl ob al   ma ximu m   powe r  point.   I n  te rm s  of  os ci ll at ion ,  both  ha ve  lo w  ste a dy   sta te   os ci ll at ion .  F urt he r  anal ys is  is  do ne  in   te rm s   of r es pond ti m e, it sh ows that  LFO ha s fast er trac king ti me  com par e d  t o  P SO ,  and  b oth  a lgorit hm s a re st able.   Partia l  sh a ding   conditi on  2  is   te ste d  w her e  maxim um   pow er  of  eac h  pea k  is  cl os e d  to  each  oth er .   The   te st  is   pe r forme d  t o  asse ss  the   i ntell igence  of  both   al gorithms   i n  di sti nguish in g  be tween   very  cl os el y  peaks  to   eac h  oth e r.   Fig ur e   6  sho ws  sim ulati on   res ults  un de r  P SC  2  f or  powe r,  volt age   and  c urren t.   B ased  on  these  simulat io n  res ults, b ot h  al gorithms  a re ab le   to   disti nguish  g lo bal  ma ximum power  p eak  e ve n  th ou gh   t he   peaks  are  cl ose d  to  on e  an ot her.  Both  al go rithms  al s o  pr oduce  lo w  ste ady - sta te   os ci l la ti on   an d  sta ble.  I n   te rms of res po nd ti me, it s hows  th at  LF O h as f ast er  r es po nd ti me com pa red to  PS O.   Simi la rly,  the   te st  is  re peate d  for  PSC  3.  I n  this  c onditi on,  t he  global  pea k  is  at   t he  rig ht  side  of  the   P - V  c urve .  Both  al gorit hm s   are  te ste d  un der   this  c ondi ti on .  Ba se d  on  res ults  sho wn   i n  Fig ur e  7,   PS O   al gorithm  ca n  detect   the  gl obal   maxim um   powe r  po i nt  with  s om e  c hange s  on  the  i niti al  value  of  duty  cycl e   bein g  made .  H ow e ve r,   f or  L FO ,   the   same   i niti al   values   ar e  us e d  an d  thi s  al gorith m  is   able  to   detect   global  maxim um  po w er  po i nt.  B oth  hav e   lo w   ste ad y - sta te   os ci ll at ion.  H ow e ver,  i n  te r ms   of  res pond   ti me,  L FO  has   faster  res pond   ti me  co mp a r ed  with  P SO,   an d  bo t h  al gorith ms  yield  sta ble  res ults.   Table  4  pro vi des  a  com par is on   be tween  c onve ntion al   P &O,   PSO   a nd  L FO   met hods   in  te rms  of   os ci ll at ion ,  re sp on d    ti me an d st abil it y.             (a)     (b)     (c)     Figure  5. Parti al  sh a ding c onditi on   1 (a)   po wer ( b) volt age  ( c)  curre nt  wa veforms           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       A maxim um  powe r point tr ack ing   base d on le vy fl igh t  op ti mi za ti on   …   (Da ham an Ish ak )   1505     (a)     (b)     (c)     Figure  6. Parti al  sh a ding c onditi on   2 (a)  po wer ( b) volt age  ( c)  curre nt  wa veforms         (a)     ( b)       (c)     Figure  7. Parti al  sh a ding c onditi on   3 (a)  po wer ( b) volt age  ( c)  curre nt  wa veforms       Table  4.  C omp ariso n of P& O, PS O  a nd LF O  und e r PSCs   Alg o rithms   Oscillatio n   Res p o n d  T im e   Stab ility   P& O   Fail   Fail   Fail   PSO   Low   Vary   Vary   LFO   Low   Fast   Stab le     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   3 ,  Se ptembe r   2020   :    14 99   –   15 07   1506   5.   CONCL US I O N   In  this  pa per,   LF O  al gorith m  has  bee n  pro posed .  In  th is  al gorithm ,  t he  sea rc h  was   ra ndom l y  execu te d  in   be tween  t he  se arch i ng   sp ace ,   an d  no  sp eci fic  init ia l  value  was  r eq uir ed.   In  this  st udy,  a   sta nd al on e   P V   sy ste m   wit h  boos t   co nverter   was  modele d  in  MATL AB /Si mu li nk  to   ve ri fy  the  e ff ect i ve ness  and  the   pe r for mance   of  t he  a lgorit hm .   I n  he re,  t he  pro pose d  al gorithm   w as  te ste d  unde r   tw o  te st  c ondi ti on s   wh ic h  we re  unde r  un if orm  and   non - un if or m  irra diances .   The  al go rith m  was  c ompa red   with  c onve ntion al   P&O  an d  PS O.   Furthe r  st ud ie s  we re  ca rr ie d  ou t  unde r  non - un i form  co ndit ion s   with   th ree   dif fer e nt  patte rn s   of   PSC.  Ba se d  on  the  res ults,  it   can  be  note d  that  LF O  al go rithm  is  a ble  to  work  well   unde r  unif orm  a nd  non - un i form  i rr a diances.  I n  a dd i ti on ,  t his  al go rithm  has  l o w   os ci ll at ion ,   f ast   respo nd  ti me  an d  sta ble .  It  is   exp ect e d  in  fu t ur e  wor k,   this  al gorithm  will   be  de ploye d  in   the  hard war e  and   e xperime nt   to  furthe r  val idate   it s p er forma nc e an d  e ff ect ive ness.       ACKN OWLE DGE MENTS     The   aut hors   w ou l d  li ke  t o  t ha nk  Un i ver sit i   S ai ns   M al a ys ia   for  t he   fin anci al   sup port  unde r  R UI   gr a nt   scheme  w it h p r oject  num ber  1001 /PEL ECT/ 801402 7 .       REFERE NCE S     [1]   M.  A.  G.  De   Bri to,   L .   Ga lot to ,   L .   P.  Samp ai o ,   G.   De  Aze v edo  Melo,  and  C .   A.  C ane sin,   “E v al u ation  of  th e  m ain   MP PT  te chni qu e s for  photovoltaic  app li c ations,”  I EE E   Tr ans.  Ind.  El e ct ron. ,   vol .   6 0,   no .   3 ,   pp .   115 6 – 1167,   2013 .   [2]   C.   Man ic ka m,  G .   R .   R aman,  G.   P.  Ra ma n,   S.   I .   Gane san,   and   C .   Naga ma ni ,   “A   Hybrid  Algori th m  for   Tr ac k ing  of   Global   MP P  bas ed  on   Perturb   a nd  Obs erv e   and   Parti cle   Sw arm   Optim izati o n  wi th  Redu ce d   Pow er  Os cillation   in   String  Inve r te rs, ”  IE EE Tr ans.  In d.   E lectron. ,   vol .   0046,   no.   c, pp.  1 – 1,   2016 .   [3]   H.  Islam   et   a l. ,   “Per form anc e   Eva lu at ion  o f  Maxim um  Pow er  Point  Tra ck i ng  Approac hes   and  Photovolt ai c  Sys te ms,”   Ene rg ie s ,   vo l. 11, no.  2,   p .   365 ,   2018 .   [4]   S.  Haj ighorba ni ,   S.;   Rad zi ,   M.A . M.;   Kadir ,   M. Z . A.A.;  Shafi e ,   “ Dual  Se arc h   Maxim um   Pow er   Point  (DS MP P)   Algorit hm   Base d  on  Math ematic al   Ana lysis under Shade d  Cond it i ons,”   En ergie s ,   pp.   12116 – 1214 6,   2015 .   [5]   I.   Alh am rouni ,   M.  K.  R ahmat,  F.  A.  Ism ai l ,   M .   Sal em,  A.   Jus oh,   and   T .   Sut i kno,   “D esign  an d  developme n t  of   SEP IC  DC - DC  boost  conve r te r  for  photovol t aic   appl i cation,”  , ”  Inte rnationa l  J ournal  of  Pow er  El e ct roni cs  and   Dr iv e  Syst ems (I JP EDS),  vol .   10 ,   no.   1,   p.   406,   20 19.   [6]   K.  Sa idi ,   M.   M a am oun,   and   M.   Bounekhl a ,   “A   n ew  high   p erf orm anc e   v ariabl e   st e p  siz e   per turb - a nd - observe   MP PT   al gorit h m  fo r  ph otovol taic   sys tem, ”   , ”   Inte rnat i onal  Journal   of   Powe r  E lectroni cs  and  Dr ive  S y stems  (IJ P EDS),   vol.   10 ,   no .   3 ,   pp .   1662 – 1674 ,   20 19.   [7]   O.  La gd ani   et  al. ,   “PV  arr ay  conn ec t ed  to   the  grid  with  the  im p lem ent a ti on  of   MP P T  al go ri th ms  (  I NC  ,   P  &  O  and   FL  me thod   ),”  , ” Int ernati ona l Jo urnal  of  Pow er  El e ct ronics  and   Dr iv e  Syst ems (IJ PE DS),   vol .   10,   no.   4 ,   pp .   2084 – 2095,   2019 .   [8]   M.  Kil li  and   S.   Sam ant a ,   “Mo difi ed   per turb   a nd  observe   MP PT  a lgori th m  fo r  drif t   avoi d ance  in  pho tovol t ai c  sys te ms,”   I EEE  Tr ans.  Ind.   E le c t ron. ,   vol .   62 ,   no .   9,   pp.   5549 – 555 9,   2015 .   [9]   M.  R.   B engour in a,  M.   Rahli,   S.   Slam i ,   and   L .   Hass ai ne,  “PSO   base d  d ire c t   power   cont rol   for   a   mu l ti func t ional  gr id   conne c te d   photo volt aic   sys te m,”   , ”  Inte rnat ional  Journal   of   P ow er  Elec tronic s  a nd  Dr iv e   Syst ems  (IJ P EDS),  vol.   9,   no .   2 ,   pp .   610 – 621,   2018 .   [10]   M.  Sli mi ,   A .   B ouche t a,  a nd  B .   Bouch iba,   “Ma xim um   power   c ontrol  for   photo volt aic   sys te m   using  in te l li gen t  strat eg ie s , ”   Int ernati onal   Journal   of Powe r  El e ct r onic s and  Dr iv e Syste ms   (IJ PE D S),   vol .   10 ,   no .   1 ,   p .   423 ,   2019 .   [11]   S.  Fara jd adian  and  S.  M .   H.   Hos seini ,   “Scienc eDir ect  Opti mi z at ion   of  fu zz y - base d   MP PT  con trol l er  v i a   me t ahe urist ic  t e chni ques   for   sta nd - al one   PV   sys te ms, ”   Int.  J.  Hy drogen  En ergy ,   vol.  44,   no .   47,   pp.   25457 – 2547 2,   2019.   [12]   A.  Kiha l,  F.   Kri m,  A.   Laib,   B .   Ta lbi,   and   H.   A fghoul,  “An   im p rove d  MP PT  sc hem e   e mpl oying   ad apt iv e   integr a l   der ivative  slid in g  mode  con trol  for  photovoltaic   sys te ms  und er  fast  irr adiati on   c hange s,”   ISA   Tr ans. ,   vo l.  87,   pp .   297 – 306,   2 019 .   [13]   H.  Otm ane,  M.   Yous sef,   B.   Mokhtar,  and   A.   Inf o,   “Com par at iv e   an al ysis  of   c asc ade d   Fuzzy - PI  c ontrol lers   base d - MP PT  and  per t urb  and  observ e   MP PT  in  a  gr i d - conne c te d  PV   sys te m  oper ati ng  under   di ffe r ent   we at her   and  loa ding   cond it io ns,” ,   Int ernati on al  Journal   of   Po wer  E le c tronic s   and  Dr iv e   S ystem s  (IJ P EDS),  v ol.  10,   no .   4,   pp .   1986 – 1994,   201 9.   [14]   D.  Sera ,   L .   M athe,  T .   K ere kes ,   S.  V.   Spat aru ,   a nd  R.   T eodor esc u,   “On  the  per tu rb - and - observe   and  inc re me n ta l   conduc t anc e   mp pt  m et hods for   PV   sys te ms,”  IEE E  J .   Phot ovo lt ai cs ,   vol .   3 ,   no .   3 ,   pp.   1070 – 1078 ,   2013.   [15]   H.  Rez k  e t  al . ,   “A  novel   sta ti s ti c al   per for ma n c e  evalua t ion  of  most  mode rn  o pti mization - base d  globa l  MP PT  te chn ique s   for   p art i al ly   shad ed   PV   sys te m, ”   Renew.  Sustain .   E nergy   Rev. ,   vol.  115,   no .   Se pt e mbe r,  p .   10937 2,   2019.   [16]   M.  Alshare ef ,   Z .   Li n,   M .   Ma,   an d  W.   C ao,   “Ac c el er at ed   Particle  Sw arm   Optim i z at ion  for  Photov olt aic  Maxi mum  Pow er  Point  Tr a cki ng  und er  Par t ia l   Shading  Con dit ions, ”  En ergi es ,   vol .   12 ,   no .   4 ,   p .   623 ,   2019 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       A maxim um  powe r point tr ack ing   base d on le vy fl igh t  op ti mi za ti on   …   (Da ham an Ish ak )   1507   [17]   N.  Hashim ,   Z.  Sal am,  D.   Johar i,   and  N .   F.   Nik   Ismail,   “DC - D C  Boost  Conve r te r  D esign  for   Fast  and   Ac cur ate  MP PT  Algorit h ms  in   Stand - Al one  Photovo lt a i c  Sys tem, ”   In te r nati onal   Journa l  of   Powe r   Elec tronic s  and   Dr i ve   Syste ms   (IJ PE D S),   vol .   9 ,   no .   3 ,   p.   1038 ,   2018 .   [18]   H.  A.   Att ia  and   F.  D.  Gonz al o ,   “Sta nd - al one   PV   sys te m  with  MP PT  func ti on  base d  on  fu zz y  logi c  cont ro l  for   rem ot e  bui ldi ng   appl i ca t ions,”   In te rnational   Jour nal  of   Pow er  Elec troni cs  and  D rive   S yste ms   (I J PE DS),   vol.  10,   no.   2 ,   p .   842 ,   20 19.   [19]   S.  Della  Kra cha i,   A.   B.   Sta mbo uli ,   M.  De ll a   K rac ha i,  M.  B ekh ti ,   and   A.  Info ,   “E xp eri m ental  inve stigation   of  art if ic i al  intellig enc e   app li ed   in   MP PT  techniq ues, ”   , ”  In te rna ti onal   Journal   of  Pow er  E lectronic s  and   Dr ive  Syste ms   (IJ PE D S),   vol .   10 ,   no .   4 ,   pp .   2138 – 2147 ,   2019.   [20]   B.   Ghit a,  K.  Mo ham m ed,   and  L. Ahme d,   “Applic at ion   and  com p a rison  bet we en  th e  conv ent ion al m et hods a nd  PSO   me thod   for   maximum  power   point   ext r ac t ion   in   photovolta i c  sys tems  unde r  par ti a l  shad in g  conditions, ”  , ”   Inte rnational   Jo urnal  of Powe r  El e ct roni cs  and   Dr iv e  Syst ems (I JP EDS),  vol .   9 ,   no.   2 ,   pp .   631 – 6 40,   2018 .   [21]   S.  L i,  “Opti k   A  MP PT  spee d  op t im izati on   str ateg y  for   photovo la t ic  sys te m   using   VWP  interva l   b ase d  on   we at h er   fore ca st , ”   Opt.   -   Int.   J. Light E l ectron Opt. ,   vol .   1 92,   no .   June ,   p .   162958,   2019 .   [22]   U.  Yil maz,  O.   T urksoy,  and  A .   Te ke ,   “Ele ct ri cal  Pow er   and   Energy  Sys te ms   Im prove d  MP PT  m et hod   to   in crease   ac cur ac y   and   sp ee d   in   photovo ltaic  sys te ms   und er  v ariabl e   at mo spheric  conditio ns,”   Elec tr.   Pow er  En ergy   Syst . ,  vol.   113 ,   no .   Jun e,   pp .   634 – 651 ,   2019.   [23]   S.  Vee r ape n  et  a l. ,   “A  nov el  glob al   ma xi mum   po wer  point  tr ac ki ng  al gor it hm   for   photovol t aic  sys te m   with  v ariabl e   per turbation  f req uenc y  and ze ro   o scil lation , ”   Sol.  Ene rgy ,   vol .   181 ,   no .   Janua ry, pp .   345 – 356 ,   2019 .   [24]   J.  Ahmed   and   Z .   Sal a m ,   “A  Ma xim um   Pow er  P oint   Tracki ng   ( MP PT)  for  PV   sys te m  using   Cu ckoo  Se arc h   wit h   par tial  shad ing c apa bi li ty , ”   Appl.   Ene rgy ,   vo l. 11 9,   pp .   118 – 130 ,   2014.   [25]   X.  Yang   and   S.   Deb,  “Cu ckoo   Sear ch   via  L ev y  Flight s, ”   in   2 009  World  Con gress   on  Nature   &   Bi o logica lly  Inspired  Comput ing  (NaBIC) ,   20 09,   pp .   210 – 214 .       BIOGR AP HI ES   OF  A UTH ORS        Chanuri   Ch ari n   re ce iv ed  the  B Eng  (Hons )  d e gre e   in   elec tri c al   engi n ee ring   f rom  Univ ersit i   Te knologi   Ma lays ia ,   Johor,   Mal aysia  and   th e  M Sc  in   e lectr i ca l   a nd  e le c tronics  e ngine er ing  f rom   Univer siti   Sains     Mal aysia ,   Pen ang,  Mal aysia  i n  2008   and   201 3  respe ct iv el y .   She  is   cur r ent ly   pursuing  PhD   d egr ee  in   th e   fiel d  of   power  elec t ronic s  engi ne ering  at  Univ ersi ti  Sains  Mal aysia .   She  is  al so  cur r ent ly  a  le c ture r   at   th e  Fa cul ty   o f  Engi n ee ring   T ec hnology ,   Univ ersit i  M al aysi a  Perli s,   Perli s ,   Mala ysia .   Her   c urre nt   rese arc h   int er ests  in cl ude   ren ewa bl e  ene r gy  and   power     el e ct roni c converter s.         Daha ma n   Ishak   re ceive d   th e   BS c  degr ee  in   elec tr ic a l   engi n eering  fro m   Syrac use  Univer si ty,   Syrac use,   NY ,   US A,  the   MS c  degr ee   in  elec tri c al   power  fr om  Univer sity  of  Newca stle,   Newca stle  upon   Tyne ,   UK ,   and   t he  PhD   d egr ee  i n  elec tri c al  eng i nee ring   from   th e   Univer si ty  of  Sh eff ie ld ,   Sheffi el d,   UK ,   in  199 0,   2001  and  20 05  respe ctive ly.  He  is  cur ren tl y   an  As socia t e   Profess or  with  t he  School   of   E l ec tr ic a l  and   Ele ct roni c  Engi ne er ing,  Univer sit i  S ai ns  Mal aysia.  His  cur ren t   rese arc h   intere sts   in cl ude   pe rma n ent  m agne t   brushl e ss   ma ch i nes,   e lectr i ca l   dr ive s,   power  elec troni c   conve r te rs  and  r ene wabl e ene rgy .         Muhamm ad  Am mi rrul  At iqi   M ohd  Za inur i  r ecei ved  h is  B. Eng .   in  Elec tr ic a l  a nd  El e ct ron ic   Engi ne eri ng  and   Master   of   scie n ce   d egr e e  from   t he  Univer si ti   Pu tra   Ma la ysia   (UP M),  Mala ysi a  in  2011  and  201 3,   respe ct iv el y.   He  the n  cont inu ed  and  r ec e ive d  his  Doctor   of  Philosophy  degr e e   in  E le c trica l   Pow er  Engi n ee r ing   (major  in   Pow e r  Elec tron ic s  an d  Pow er  Quality )  from  UP M  in  2017.   Curr ent ly ,   he   is   a   Senior   Le c ture r   a t  D ep art m ent  of   Elec t ric a l ,   E le c tronic s  and   Sys te ms  Engi ne eri ng,   Un ive rsiti  Keb angs aa n   Mal aysia  (U KM ),   Mal aysia.  His  rese arc h   in t ere sts  include  Pow er  El e ct ron i cs,   Pow er   Quality,   R ene wab le  Ene rgy  Sys tem,   Ene rgy   Stor ag e  Sys te m ,   and  Artifi c ia l  In te l ligent.   He   is  al so   a  rese arc h  m e mbe r   a t  Advanc ed  Li gh tni ng  an d  Pow er  Ene rgy   Resea rch   (ALPE R)  at UP M a nd  UM   Pow er  Ene r gy  Dedicat ed  Ad vanc ed   Centre at   UM .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.