Inte r n a t io n a l Jour n al of   Po we r E l ect ron i c s   a nd Dr iv e   System  ( IJ PED S V o l. 10,  N o.  4, D e c e m ber   201 9,  pp. 213 8~ 2147   ISS N : 2088- 86 94,  D O I 10.11 59 1 / i j p ed s.v1 0 . i 4 . p p 2 1 3 8 - 2 1 4 7         2 138     Jou rn al h o me pa ge : h t t p :/ / i ae sc o r e . c o m/jo urn a l s /i nd ex .p hp / I JPED Experimental investigation of a r tificial inte lligence applied i MPPT techniques       S .   D ella Krac h ai 1,4 A.   B o u dg h e ne  S ta mbo u li 2 M. Della Krachai 3   , M.   B e k h ti 4   1, 2 , Dep a rtm e nt  of   Elect ron i cs, U n i v e rsit o f  S c i e n ce and   Tech no lo gi es –  Mo h a me d Bo ud i a f ,  A l g eri a   S p at ial   Dev e lopm ent   Cen t er, A l geri     Ar ti cl e Info     ABSTRACT  A r tic le history :   Re ce ive d   M ar  17,  201 9   Re vi se d A p 14,  2019   A c c e pte d  Ma y  28,  2 0 1 9       Nan o -sat ellit e are  key   f eatu r es   f o r   s h a rin g   t he   s p ace  dat a   a nd   s cientif i research es Th ey  e m b ed   s u b sy st ems  th at  a re  f ed  f ro m   s o l a p a nel and   bat t eries.  P ower  g enerat ed  f ro th ese  p a nel s   i su bject  t o   en vi ronmental  con d i t io ns m o s t   i m p o r tant   o f   t h em   a re  i rrad i ance   a n d   t e mp eratu re.  Op ti mizin g   t he  u s a ge  o f   this   power  v ersu envi ron m en tal   v a riati on is  a   pri m a r y   t a s k .   Syn c hron ou D C -DC  bu ck  c o n v e rter  i u s ed  t o   cont r ol   t h e   po wer  tran sf erred  f r om   P V   p a nel s   t th s ubsy s t e ms   w hile  m ai n t a in i n operation  at   m a x ima l   p ower.  In  t his  pa per,  a rtifici a inte l l i g e nce  t echn i qu es:   neu r al  n et work and   ad apt i ve  n e u ral  f u zzy   i nf e r ence  sy st em (AN FIS)  a re   us ed  t o   accom p l i s h   t h e   t racki n g   task S i m u latio n   and   ex peri men t al   r e s u l ts   dem o nst r ate   t h eir  effici ency,   robus tnes an tracki n g   qu ality.   K eyw or d s Ad a p t i v e   n eu ra l   fu zzy   i nfe r en c e   system A r tificia l i n tel l i ge nce   Hardw a re in the  l o op  Neu r al  n et w o rk S ynchr on ous  b uck c o n v erter   Cop y ri gh t © 2 019 In stitute  of  Ad va nced  En gi neeri n g  an d  S c ien ce.   A l l  rights   res e rv ed.  Corres pon d i n g  Au th or:  S. Del la Krach ai,     De p a rt men t  of   El ect ro ni c s , El ec t r i c a l  Eng in ee ri ng  Fa c u l t y U n i v e r si t y   o S c ienc a nd Te c h n o l o g ie – M oham e Bo u d i a f,  El Mnaouar , BP 1 505,  Bir El  Dj ir  3 1000, O r a n,  Alger i a Ema il: sa idia .d ella kra c ha i @ u n i v -us t o.dz       1.   INT R ODUCTION    P o w e ma nagem e nt  i n   sa te lli te  i a   ma n d at ory  tas k T h over a l p o w er  i c o nsum ed  f r o m   PV  pane ls   w h i c h   e xh ibi t s   n o n -l i n ea char ac ter i st ics  de pen d i n g   o t hee n vir onm en ta c o n d i tio ns.  T h ese   ha a   con s i d era b le   i mpa c on   t he   m axima l   g e n e r ated  p ower.   To  opt im i z e   t h e   e ffi c i en cy   o f   th sup p l y   s y s t e m,  extrac tin t h e   m a xima l p o w e r   is re a lize d   t ro ug h c ontr o l l ers   cal led  Max i ma l   Pow e r P o in t   Trac kers.      S e v era l   t e c h ni que an me t h ods  h a v be e n   p rop o se d   for  tr acki n g   t he  m a x i m al  p ow e r ge ne rate b y   PV  p a n e l s.  T he   t radi t i on a l   s ol ut i o n s   p ro po se d   fo t h ese  t r ac k e r are   Hi ll   c l i mbi n [1],  P er t u r b   a n d   O bserve   [2-5]   a n Incr em enta lco n duc tanc e   m e t h o d [ 6 ].  T he se   m eth o d pr e se nt  a osc ill a t i o p r obl e m   a ro un t h ma xi m a p o w e point  a s a   dra w back,   how e v er, they  are   li g h t   an e a sy t im plem en t.  Ot h e so l u t i ons  a re  b a s e d   on  a r t i f i ci al   i n t elli g e n c e   t echn i qu e s   s uc a s   f u z z y   l o g ic   [ 7-9] a n t   c o lo ny   op tim iza t i o [ 10],  a n d   ne ural   n etw o rk [1 1- 14].   These  tec hni que im pro v co nsi d era b ly  t he  e ffic i enc y   o the   system ; how e v er, im p l e me nt a tio of t hese  al gor it hms  requi re  m or e   c o mp u t at io ns an d   c odi ng In  t his   pa pe r,  t he   o n line   a p pl ic ati o of  a rti f ic i a l   in tel l ige n c e   tec h n i ques :   n eur a ne tw or k s   a nd  fuzz l ogi c   i s   i nv e s t i g at e d   t h r o ugh   s i m ul a tio n   a nd  h a rd wa re  i n   th e   l o o p   e x p er im entat i o usi n low - c o s t   s ol u t i o n.  Th i s   a ppr oach   a ll ow not   o n l m a x i m i z i n g   t he  s ys t e e f fic i e n c y ,   but   a l s gi v e t h op po rt u n it to   a dju s t   t h e   para me t e rs onl ine  in  o rder  t o m eet  t he  de s ire d  re q u i r e m e nts   and   s h o rten t h e   t i m to m arke t   del i v ery.       2.   CHARACTE R IS T I CS OF  PV  P ANEL   IN U S E   Ea ch  P V   pane l   con s is t s   o se o f   s er i e c o nne cte d   c e lls  t pr o duce   c o nsid er able  a m o un of  v ol t a ge.  Th e   ma i n   o u t pu ts  w a r e   i n terest ed   i n   are   I an d   P– c u rv es  w h ich  reve al  t hree   i m por t a nt  p o i nts.  S hort- Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J P o w   Ele c  &  D ri S yst   IS S N 2088- 86 94      Expe rim e nta l   i n ve s t i g at ion o f  artif ic ia l  i n t e ll ige n c e   a p p l ie in MPPT tech n i q u es  ( S D e lla K r ac hai)   2 139 circuit  current   ( I sc at  w h i c h   t he ou t p u t   vo lta ge   i n u l l , ope n-c i r c u it vo l t a g (V oc )   a t  w h i c h  n o   o u t p u t  c u r r e n t  i s   pro duce d   a n d   t he  P ma x  poi n t   a t w h ic h the  pa n e l ope ra tes  at i t s   m axima l   e ffi c ienc y.   The  PV panel use d ET-M53675 is  from  ET- S o l a r comp any (Tabl e  1).        Tab l 1. ET- M536 75  P V   p anel  b ack-s he e t  d ata   at  100 w / m², 25° C   Pa r a m e te V a l u Po we r   a t  MP -  P m ( W)  7 O p e n  c ir c u it  voltage  -  V o c   ( V )   21. 73   Short - c i rc uit c u r r e n I s c   ( A 4. Vol t a g e   at  M P P   -  Vm   ( V )   17. 41   C u rre nt a t M pp  -   Im   ( A)  4 . 3 1       The   i m pac t   o f   i r radia n c e   a n d   t e m per a ture  on  t h o u t p u t   p ro duce d   c urre n t   a n d   pow e r   i g i ve in   F i gure   1.   A incr ease   in  t e m pera t u r e   i nv ol ves  dec r ea se  i o p e n-circ uit  vo lta ge   a nd  c o nse que n t ly  t he  ma xi m a p o w e r.   I contra ry,  an  i nc rea s e   i n   i rr adia nce   i m p lie a i n c r ease   in  a   s h o r t -cir cu i t   c urr e nt  a nd   con s eq ue nt l y  a n incre a se  i m a xima l   p o w e r.         (a)   (b)     F i g u r e   1 .   ( a Tem p era t ure  an d ( b ) Ir radia n c e   i nf lue n ce  o n  P V pa n e l cha r a c t eris tic     F r om   t he   a bo v e   r em a r ks,  the  pa ne m u s t   b e   kep t   oper a t i ng  at  i t s   m a x im a l   p ow e r   e ve i f   i rra di a n ce   and   tem p era t u r e   chan ge Th i s   i usua lly  e n s ure d   by  a   de vice   c a l l e M P P T ma xi m a l   p o w e r   po i n t   tr acke r .   A r itifi c ia l i n te l l i g e n c e   i use d  to a ccom p l i s h   t hi s task.       3.   NEURAL   N ET WORK   M PPT   N e ural  n e t w o rks  a r qua li fie d   a a   un i v e r s a ap pr oxim a t o rs  [ 1 5 ] ,   they  c a n   m im i c   e ve r y   c omple x   fu nc ti o n The y   a r e   u se to   m ode u n k n o w n   s ys tem s   b e h a v i our  u s i n g   a   s e t   o f   i npu t - out put   d a t a   and   t r ai nin g   proce s s.   N eura l   ne t w or ks  a re  f orma li z e us ing   a   c a sca d ed   l ayer s   i nterc o n n ex i on.  E ac l a ye co ns ists  o a   se t   of  n e u ron s .   I n cre a sin g   t he  n u m ber  of  l a y ers   and   ne ur ons  l ea ds  t bes t   r e p re sen t at i on  o f   n o n - l i n ea ri t i e s   o t h e   system ,   how eve r it   e xh i b i t c o m p l e x com p u t at ion s ,   and  th e r efor e,  ha r dwa r e im plem enta t i on  co ns train t s.    In  t his  pa per   t h e y   a re  u se t o   m imic  t he  M P P funct i ona l ity.   A n   e x p er im enta l   da t a bas e   c om pris in i r ra d i an ce   ( E s ),  t em per a t u re  ( T)   a nd  m a xim a ou t p u t   v ol ta ge  ( V mp p a t   M PP  h a v b een   c o l l e ct ed   a nd   p rep a red   for  t r ai ni ng  an val i da ti o n  pr o cess.  These  in p u t are   m easure d ,   f ilt e r e d   a n d  nor ma lize d   The   n u m b er  o hid d e n   l aye r a n ne ur ons   i n s ide  them   h a v be en  s u b j e ct ed   t o   a n   o p t i m i zati o n   proce dure  base o n   o b s er vin g   t he   m ea sq uar e   e rror   a t   t he  e n d   o t r ai n i ng   p ro c e ss.  I t   h a b een   d e c i d ed   t o   ado p t   t he  a rc hi tec t ur tha t   c omprises  one   h i d den  la ye w i t h   f iv e   (5)   neuro n ( F ig ure  2)  w hic h   g ive s   sati sfactory  p reci s i on.    The   tra i ni n g   p r o cess  i s   c a rri ed  o u t   u s i ng   L eve nbe rg- M ar quar d t   A lgor it hm   [ 16] The   data base   w a s   part it ione d   as  f ol low s     Tra i n i n g  da t a :  70%  of  da tase t       V a l i dat i on  data  : 15%  o f da tas e t     Test in g da ta  : 15 %   o f da t a se t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                           I S S N: 2 0 8 8 - 86 94    I nt  J  P ow   E le D r S y st  V ol .   10,   N o.   4 ,   De 201 :     2 1 3 8     2 147  2 140 F i gur e   g i ves   four   p l o t s ,   issue d   a t h en of  t he   t r a i n i ng  pr oc ess.   T he   o ver a l l   p er f o r m ance   i sa ti sf a c t o ry , wh i c h  p rov e s t h at   t h e  n et wo rk  ha s   b een   t rai n ed  c o rre ctly a nd r e fl e c t s w i t h  hi gh f i de lit y the   inp u t- o u tp ut  rel at io nshi p . T h e  resu l t a nt  n et wo rk  i s u s ed  in   si mu l a t i o a nd  e x per i m e ntal  b e n c h ma r k .           F i gur 2.   N eura l   netw or pr o pos ed  c omp o s i tio n           F i gur 3.   N eura l   netw or per f o r ma nce   pl ots       4.   FUZ Z Y MPPT-AN F IS  APPRO A CH   F u z z log i [ 1 7]   i s   use d   t o   d e scr i be   t he  o pe r a t i on   o a   pr o c e s s   t h r oug a   h u m an   r ea sonin g   l a ngu ag e .   I n p u ts   o f   t h pr oc ess   a r f i r s c o nver t ed   t fuz z y   s pa ce   u s i ng   un ive r se  o di scourse   a nd   m emb e rshi fu nc t i o n ( f u zz if ica tio n) .   se of  i f- t h e n   r ul es  a r e   i nfe r r e to  g i v a   deci si on  ba sed  on  the  pr e s en inp u t s .   A   fuz z y   o utp u t   is  p r o d u ce as   a   c onse q ue nc e.   T hi ou t p u t   i s   the n   c o nve r t ed  t r eal   w or ld   v a l ue  t hr o ugh  de fuzz ific a tio n .    I n   t h i pa pe r   w e   h a v u s ed  a d a pti v ne ur al  f uzz y   i n f er e n ce   s yst em [ 18]   t g e ner a te  a   f u z zy  s ys t e tha t   o pera t e a s   a n   MPP   t r ac ke usin the  sa me   t r a inin d a ta  s e fr om   t h e   p r e vi ou sec tio n.   A NF IS   ( F i gur 4)   is  b ui l d   a r ound   a   l a y er e d   a r c hi tect ur e ,   i w h i c e a c h   l a y er   i m p l e me n t dedica te fu nc ti on.       L ayer  1:   E ach  s qua r e   node  i th i s   l a y er   c om pu t e t h fu nc t i o n      x O i i A 1   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J P o w   Ele c  &  D ri S yst   IS S N 2088- 86 94      Expe rim e nta l   i n ve s t i g at ion o f  artif ic ia l  i n t e ll ige n c e   a p p l ie in MPPT tech n i q u es  ( S D e lla K r ac hai)   2 141   wh ere  x   i th e   i npu t   to   n od e   i ,   and  A i   i s   th l i ng ui sti c   l a b e l   a ssociated  w ith  t his  node.   O 1 i   i t h membership  degre e  of  A i.           F i gure  4. A NFIS  a rchitec t ur e use d  to pro d u c e   F u zzy  M P P   Tra c ke     Laye r 2:   Ever y c i r c le  node  i n th is la y er  c om pute s  the  pro duc of inc om i n g s i gna l s .      y x i i B A i     Th i s   r epr e sents   the  firi n g  stren gt h o f  the  r ule .   Laye 3:  E v e r c i r c le  n o d p r ocesses  the   rati of  t he  i th   r ule’s  fi r i n g   st ren g th   t th e   sum  o f   a l l   r ul e s   f i ri ng   st r e ngths .     2 1 1 i     Laye r 4:  Ea c h squ a r e  node  i n th is la y er  per fo rm s the  fu nc ti o n    i i i i i i r y q x p f O i 4     wh ere { p i q i r i } is the  p ara m e t e r   s e t  re f er red as c onse que n t  par am eter s.      Laye r 5:  The  u n i q u e   n o d in  this  l a yer  com p u t es t he  o vera l l   s um m a tion  o f   al l   in co mi ng  s ig n a l s     i i i i i i i i f f O i 5     The  aver age  pe rc enta ge  e rr or i s use d  as  a c r iterio n  to  eva l ua te  b ot h   t e ch niqu e s   % 100 * ) ( ) ( ) ( ' 1 1 p i i T i O i T p APE     F i r s t   of  a ll,   a   f uzz y   i n f er ence   s ystem   wit h   d efau l t   m e m be rsh i fu nct i ons  a nd  ru le  s e t   i s   gener a te d.  F i gure   (t op)   d e p i c t s   t h e   d e f aul t   m em ber s h i fu nc ti o n fo irr ad i a n c e   and   t e mp erat u r e.  I t   i s   o b s erv e t h a t   t h e s e fu nct i o n s   are uni form l y  di s t r ib ute d   o ve t h e   data  ra n g e  ( unive rse  of di s co urse ) fo r   e ach  i np ut.     A f t e tra i n i n g   t he  n e t w o r k p r e m i s e   and  c onse que n t   p ara m e t e r a r e   a djus ted  a c c o rd in t o   t he  b ac k- pro p aga t io e rror .   F igure  ( b o ttom )   s h o w s   t ha t   m e m b ershi p   f u n c t i o n for  t e mpe r at ure   ha ve  no  s i g n i f ic a n chan ge s,  how e v er,   th ose  of  i rradia n ce  c h a n ge co ns i d era b ly,   w h i ch   c o n firm   t he   h igh   de pen d e n c y   o the   ma xi m a p o w e on the  i r radia n c e .     F i gur ( l eft)  d em on strate t h per f orm a nc e   of  t r ack in o p era t io based  on  a n fis.   T he   r igh t   s urfa ce  plo t   i F i gure  is  a   s urface   i n d i ca ti n g   t ha t   the   r e lat i onsh i betw ee te m p e r ature ,   i rra dia n c e   a n d   m axima l   vo ltage  i s no n-li nea r .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I SSN: 2088-8694   Int  J  Pow  E lec  & D r Syst Vol.  10,  N o.  4 , D ec  201 9 :   2 1 38  – 2 147  2 142     F i gure   5.  A NF IS  m embe rship   func tio ns be f o r e (top)  a n d  a ft er (bo t t om t r aini ng         F i gure   6.  A NF IS  l ear ni n g   p ro ce ss  r esult s       In  o rde r   t o   c onne c t   t he   P V   pane ls  t the  l o a d p o w e r   c o n v erte is  u s e as  a   m ean  to  t ransfer  regu late p o w e r   from  one side   t o   t he o t h er     5.   SYN C H R ON OUS  BUCK  CONVERT ER M O D ELING   S ynchr on o u b u ck   c o nve rter  i a   s t e p -d ow n   c o nv e r ter   w h e r e   the  d io de  i s   re pl a c e d   w it a   sw it c h   t minim i z e   t he   l osse s   d u t o   t he  c om muta ti o n   i n   the   o f f- tim per i o d   o t h m a i n   s w i tc h,  t hu impro v i n g   t he   e f fi ci en cy   o f   th e   co nv ert e r.  T h e   c i r cui t   i g i v e n   b y   Fi gu re  7 wher t h swit c h   m os fe t/ re p l a ces  t he   d i o de  i n   t h e   c o nve n t i o n a buc k c o nfi gur at ion.    The   e l e m e n ts  o t h co n v er te a r sized  c o r r ectly  t o   me et   t he  f ol low i ng   r equ i rem e nts :   a   s w itc h i n g   fre que nc o f   2 00 k h z,  a nd  m a xim a o u t p u t   c urre nt  o 1 0 A A   P W M   d r i ver   is  u se to  d ri ve  t he  m osf e ts  from  t h e si gn al  g en erat ed  by   a co n t ro ll e r .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J P o w   Ele c  &  D ri S yst   IS S N 2088- 86 94      Expe rim e nta l   i n ve s t i g at ion o f  artif ic ia l  i n t e ll ige n c e   a p p l ie in MPPT tech n i q u es  ( S D e lla K r ac hai)   2 143 We  h a v e   use d   a   P ID   c ontr o l l e r   t ge nera t e   t he  d ut c y c l e   D   nee d e d   t tra c t h m a x i m u vo l t ag e   V m pp.   T uni ng   t h i s   P I D   c o n t r o l l er   i ea sy   w hen  t h c o m pone n t va l u e s  L  a n d   C  a r e  p r e c i s e l y  k n o w n .   H o w e ve r,  m an ufa c t urer prop ose  t o l e ranc es  on  t h eir  com p o n en ts  ( t h i nduc t o use d   W E-7 443 631 00 0   i s   fro Wür t E l ek tro n i k   w ith  a   t o l e r a n ce  of  ± 1 5 % ) T h e   P I D   i s   t une t o   t a k in t o   a cc ou n t   c o m pone n t t o lera nce  o f   t h e   b u c k   c on ve r t e r   t ob t a i n   h igh  effic i e n cy  w ithi n  t he  r ang e  o f   e x p ect ed  val u e s f o r L an d C .            F i g u r e   7 .  S y n c h r on ou s bu c k  co n v e rt er t opol og     6.   S Y ST E M  S I M UL A T I O Befor e   d ec i d in to  i m p lem e nt   t he   c on t r ol l e r   a nd  t h trac kers,  w h a ve   c on du ct e d   a   s i m ul a tio n   con s i d eri ng c h ange s in  t e m pe rature  a n d   i rra di a n ce.    Ne ural  n etw o rks  are   f i r s sim u la te d.   F rom   Fig u re  8 t h syste m   is  l ef t   i n   i dle   mo de   u n t i l   0 . 05  sec o n d   pas t The  trac kin g   opera t i o n   is  e n g a g e d   f o r   a irra dia n c e   of  5 0 0W/m²  and   tem p era t u r of  2 5°C,   t h e   p a n e l   v o l t a g e   ( pl ot1    re cu rv e )   f oll o ws   p re ci sel y   t h e   m a x i m a l   v olt a ge   c o m pute d   b the   ne ural  n e t w o r k A n   i r radia n c e   d i s t u rba n c e   ( an   i nc rea s from   5 00 W/m ²   t 10 00 W / m ² i s   inj e c t ed  a th e   ti me   0 .15 s th PID   con t ro l l e r   a d j u s ts  t he  d ut c y c l e   acc ordi ng ly   t o   kee p   t ra cki n t h e   m a xim a l   vo lta ge.   A t   t ime   0.2 2   s,  a   t e m p e r at ure   va riat io is  i ntro duce d   ( a n   i ncr ease  fr om  2 to   4 C).  sm all  d e cr eas i n   p a n e l   v o l t a ge  i obse r ved  w i t h   no e f fec t  o n t h outp u curre n t .   The  fuzzy  inference  s y s t em   i ss ue from  anfis   training  (F i gur 9 t r ac ks  w i t h i gh   p re cisio n   t h e   ma xi m a p o w e gener a ted  fro m  P V pa nel re gard less  en viro nme n ta c h a nge s.        F i gure  8.  N eura l netw orks   m a x i m al  p o w er  t r acki n for irra dia n ce  and  tem p era t ur e   va riat ion     F i gure   9.  F u z zy  l o g i ma xima l   pow er  t rac k ing  for  Irradiance an d   t em pe ratur e  variation      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                           I S S N: 2 0 8 8 - 86 94    I nt  J  P ow   E le D r S y st  V ol .   10,   N o.   4 ,   De 201 :     2 1 3 8     2 147  2 144 7.   EX PERI ME N T AL S ETUP  It   i co mp o s ed  o f   t w o   ma jo c i rcui t s me a s u r emen t   c i rc ui t   (Fi g u r e   1 1)   a nd  p o w e r   c i r c ui ( F ig ur 10( a ) ) .   T he  p o w e r   c i r cui t   c o m pr ises  t he   s y n chr o n o u bu c k   c o nver ter  ( t wo   m o s f e ts),   t h e   p wm  d riv e r   IR210 an d   a l so  inp ut/ o utp u t   c u r e nt s/v o lt a g es  m ea su re me n t s.     The  me asur e m e n t   cir c u it  i s   b uil t   e sse n t i a lly   a r o u nd  t w s e ns or s   a t t a c he t o   t he  P V   pane l .   S P - 110   i rrad i an c e   s e n so fro ap og ee   i nst r u m e n t s i s   u sed   to   cap tu re   s ol ar   i r r a di a n ce  w i t h   a ou t p ut   o f   0. 2mV / ( W / m 2 ) ,   w hich   i s   a m pli f ied   b y   a ins t r u me n t a t i o am pl if ier   A D 620.   T h se co nd   s ens o r   is  t he  tem p er at ur se nsor   L M 3 w h ich   pr od uce s   1 0m V / ° C .   A r du in ba se m i c r o co n t r o ller   is  u se as   a em b e dde c o mpu t ing  p l a t for m .   The  fina l   P C used  i expe r i me nt a tio n   i s   g i ve i n   F i g ur 10( b) .         (a)      (b   F i gur 1 0 .   S y n c hr o n o u b u ck  c on ver t e r   p ow er   e lec t r onic s       (a)   (b   F i gure  1 1 .   ( a ) Irr a dianc e  a n d  t em pera ture  m easure m e n t s   c ir cui t   (b A r d u i n o   i n t e rf a ce      8.   HARDWARE-IN-THE - LOOP  Th e   so ft wa re  i i m pl e m e n t e in   S i m ul in k   usin g   a r d u i n pl a t fo rm  a s   a   t a r g e t   mi c r oc ontro ll er.  Th in f o r m atio n   ca pt ur e d   f r o m   se nsor s   are  first  co nd itio n e (amp lif i e an fi lt ere d )   t o   p rod u ce  a   hi gh -fid e lit im age  o f   t he   m ea sures.  T hi is  t he   r o l of  t h e   s i g n a co n d i tio n in b l ock  i n   F i gur e   1 2 .   The   tr ac ker     ( n e u r a ne tw or ks /f uzz y   s ys te m )   c om putes  a i t o u t p ut  t h e   r e f er ence   v o lta ge   ( V mp p )   a t   w hic h   t he  p r o duce d   pow e r   i m a xi m a l.     Th i s   r e f er e n ce   i t h en  c om pa r e to  t he   m ea sur e v o lta ge   a t   P V   p ane l   t e r m i nals.   A   P I D   contr o l l er  d e si gn ed   a nd   t u n e d   t o   el i m ina t e   t h e   e r r o be t w ee n   ref e r e nc a n d   m ea su r e vo l t age s o u tp ut c o mm and   si gna w h ic h   repr esen ts  t he  v aria t i o n   o n   the   d u t y   c yc le.   PWM  gen e r a tor   r e c e i v es   t he  d uty   cyc l e   a n d   pr o duc es  p u l se w h ic ar f e d   t o   t he   I R21 0 4   c i r cu it  dr iver   t s witch   th e mo s f et tran s i s to rs.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n P o w   Elec  D r S y st   I SS N :   2088- 86 94       Exp e ri me nt al  in v e s t i ga t i o n  of  a r ti fi c i al   i n t e lli g e n c e ap pli e d  i n  MPPT  t e c hni qu e s  (S .  Del l K r a c h a i )   214 5     F i gur 1 2 .   H a rdw a r e   i the  L o o p   i mp lem e n t a t i o of   t he  s ys tem       9.   EX PERI ME N T AL RES ULTS  The  P I D   out p u t du t y   c yc le   v ar i a ti on  c o r r esp o n d i ng  t o   t r a c k in t h m a xima vo l t a g ge ner a t e by  PV  p an el   i n   en vi ron m e n t a co ndi tio ns  g iv en   b y   Figu re   1 3 ,   w h i ch   re p r esent s   t h e   r eal -ti m me as u r e m e n ts  o f   ir r a dia n ce   a n d   t em per a tur e   f r o m   the  se ns or for   the  day  0 5 / 19 / 2 01 in  O r a - A l g e r ia.     F i gur e   1 4   c on f i r m t h tr ac k i n g   p er f o r m anc e .   I t   i s   sh ow tha t   t he   P V   pane v o lta ge  ( bl ue  c ur ve)   tra c ks pre cise l y  Vm pp ( y ell o w   cur v e)  i the   pr esenc e  of fl uct u a t i o n i n   i r r adia nce   a nd  te m p er a t ur e.    F i gur e   1 5   s h o w that  t he   p a n el  h ave   be en  e xp ose d   t v a r i a t i o n   o ir r a dia n ce   d ue  t t h e   pa ssa g o f   c l o u d s ,  w h i l e  t h e  t e m p e r a t u r e  o s c i l l a t e   s m o o t h l y  a r o u n d  3 0 ° C .  F or   t he se   c on d iti on the   n e ur a l   n e t w o r k   M P P   c ontr o l l er   s ucc eeds  to  e xtr a c t   t he  m a x i m a l   vol ta ge   f r o t h e   P V   pa nel  ( F igur 16) .         F i gur 1 3 .   Rea l   ti m e   i r r a dia n c e ( b l u e )   a nd  tem p er at ure( re d)  m easure m en ts    Fi g u r e   1 4 A N F I S   M PP  t ra c k er   r e s u l t s       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                           I S S N: 2 0 8 8 - 86 94    I nt  J  P ow   E le D r S y st  V ol .   10,   N o.   4 ,   De 201 :     2 1 3 8     2 147  2 146   Figure  1 5 R e al-t ime   Ir radian c e  a nd tem p er ature  mea s u r emen t s     F i g u r 16 .   Tr a c k i ng  th e   M PP u sin g   n e u r al newo r k s       Ob t a i n ed   r esu l t s   s ho th at   a n   ef fi c i en cy   o f   a b out   9 8 %   i e n su re usi n t h e   pr op ose d   t e c hn i que s,   a w e l l   a s,   t he  t r a cki n o p er a tio is  s moo t a n e n sur e d.   F r o m   exp e r ime n ta p o in of  v ie w ,   t he   r esu lts  a r e   a lso  ve r i f i e d .   Mor e over ,   t he   p r o p o se ap pr oac h   i base d   o n   a   l ow - c os ha rd war e   ( 8 b i t   m ic roc o nt r o ller )   w hic h   i pr o g r a m m e d   i a   gr aph i ca b l oc en v i r o nm ent  instea o f   h ar c o d i n g.   T his  gi ves  the  o p p o r t u n i t y   t t une  t he   pa r a m t er in line   ( w hen  r u n n in t h sy stem )   in  o r d er   t a c hie v e   be st  p e r for m a n ces.   The  o p t i ma l   o b t aine sys t em ,   i t h e n   dow n l oa de to  t he  m icr o c o n t r o l l e r   t o p e r a t e   in   a   s ta nda l o ne  m ode .       10.   CONCLUSION  In  t h i pa p e r,   a rtific ia i n t e lli g e nc is  s uc ce ss fu l l a p p l ied  i n   t r ack i ng  the  ma xima l   p o w e r   gene r a ted  by   P V   pa nel.   N eur a netw or ks  a n d   a d a p t iv e   f u zz y   i n f e r e n ce  sys t e m s ,   g i ve  p r o m i s i ng   r esu l ts   a nd   s a t is fa ct i o n   an d   can   b e   both   ap plied   in   t r a ck ing   th MPP u sin g   lo w-cost h a rd war e .   S i m u l a ti o n   r e s ults  s h o w   t h app l ica t i o o f   s uc te c h n i que ex hi bi ts  f a s t   co nv e r g e n c e   r e g a r d l e ss   t he  v a ri at i o n   of   e nv i r o n m en t a l   c o nd i tio ns .   On   t h e   o t h er  h ands,  ex p e r i m e n t a l   r esu lts  p r o ve   t he  q ual i t of   s uch   tec h n i q u e s   i n t h effic i e n c y  i m p rovem e n t   o f   the  who l e sys t em     REFERE NCES   [1]   Tuff ahaT.H.,  M .   B ab ar,  Y .   K han  an N.H.  M alik,  "Com p a rativ S t u d y   o f   Diff eren Hil l   C li m b i n g   M P PT  t h r ough   S i m u l a t i o n  a n d  E x p e r imental   Test   B ed,"   Res e ar ch Jou r na l of  App l i e d Sci e nces,   E ngi neer in g   an d T echno lo gy   vo l.  7 (20 ) p p 4 2 58-4 2 6 3 ,   201 4.     [2]   S h ei k,  S .;   D evaraj D . Imt h i a s,  T .,  " A   no vel  h y b r id  M axim u m   P o w e P o in Tra c k i n g   T ech ni que  u si ng  P e rt urb&   Ob serve  algo rit h m   an d L earni ng  Au to m a t a  f or  s olar  P system , "   En e r g y , vo l .   11 2 , p p.  10 9 6 1 1 0 6 , 2 01 6.   [3]   Luig P . Renat o   R .,  Iv an   S .an d d   Pietro  T .,  " O p t i m ized  A d a pti v e   P ert u rb  a nd   O b s erv e   M axi m um   P o w er  P o i n t   Track ing   Control f o r P hoto v o l t a ic G enerati o n , En ergi es ,   v o l .   8 ,   pp.   3 4 18-3 4 3 6 2 0 15.   [4]   Ju baer  A hm ed,   Zai n   a S a l a m,   " An   i mp rov e p e rtu r a n ob serv ( P & O)  m ax imum   pow er  p oin t   t rack ing   (M P P T)   alg o rithm  fo high er  e f f ici e ncy , "   App l i e Energ y ,   vo l .   1 50 p p .  97 - 10 8, 2 01 5.   [5]   Han a neYat i mi E l h a ssan   A rou d am " M P P alg o ri thms   b ased   m odeli ng   a n d   c ont rol   f o p hot ov o ltai c   s y s t e m   u nder  vari able  c li matic  conditions , "   P rocedi a  Manuf a c t u ri ng,   vol .  22,   p p .   757 -76 4 ,   201 8 .   [6]   Chen di  L . ,   Yu anru C.,   D ong b a o   Z. ,   J unf eng   L .   a nd   J un   Z .,   " A   H i g h -P erform an ce  Adap tive  Increm en tal  Con duct a nce M P P T  A l g o r ithm   forP h o t o v o lt a i c Sy st ems," E n ergi e, v o l .   9 , p . 2 88 ,   2 0 1 6 .   [7]   Nab i po ur,  M . ;   Raza z,  M .;   S eifos s adat S . M o rt azavi ,   S . ,   " A   n e w   M P P scheme  b a s ed  o n   n o v e f u zzy   app r oach, "   R en e w .   S u s t a in.   E n ergy   R ev,   vol.  74,  pp .   1 147 –1 16 9,  20 17.   [8]   De lla   Kra c h a i   M .,  Mido un   A .,   " High   E ffic ie nc y   Ma x i m u P o we Poi nt  T racking  Contro l   inPotovolt a ic-Gri d   Con n ected  P lan t ," A cta Elect ro t ech ni ca et Inf ormat i ca, v o l . 7,  no . 1 ,   2 007 [9]   Ravi nder  Ku mar,   H ari   O m   B ans a l,  " Real ‐tim e   imp l em ent a ti on   o ad ap ti ve  P V integ r a t ed  S AP F   t o   e nh anc e   p ow er  quality, "   I nternat i ona l   T ra nsact ions On E l ectrical   E nergy Syste ms 20 19 .     [10]   P r adeep  V . ,   D .,  H im a,  B ind u   A .   Div y a,  " A n Co lo ny  Opti mizat io based M axi m um   P o w er  P oi n t   T rackin g   (MPP T)  f o r   P art i allySh aded Stan d a l o n e   P V   Sys t em, "  I J C  T A, v ol .   9 (1 6),  p p .   8125 -813 3,   2 0 1 6 .   [11]   Yi -HuaLiu,  C h u n - Li ang L iu,  Jia-W e iH uan g Jing -Hs i auCh ena,  " Neu r a l - net w o r k - bas e m a ximu m   p o w e p o int  track ing   m e th ods  f o r   p h o to vo lt aic  s y s t ems  operat i n g   u nd e r   f ast  c h a n ging   e nv ir on me nts,"   So la En e r gy vo l.  8 9 ,    pp .   4 2-53 2 0 1 3 [12]   Rihab   M.   E .,  M a nsou S . Hsan   H A.,  " M axi m u m   P o w er  P o i n t   T rack i ng  Con t ro Usi n g   N e ural  N et wo rks  f o r   S t an d-Al on P h o t ov oltai c   S yste m s , "   I n t ern a tio n a l   Jo urn a l   of   M o d ern   No nli n ear  T heo r y   and   Ap pl icati o n ,   vol.   3,     pp .   5 3-65 2 0 1 4 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n P o w   Elec  D r S y st   I SS N :   2088- 86 94       Exp e ri me nt al  in v e s t i ga t i o n  of  a r ti fi c i al   i n t e lli g e n c e ap pli e d  i n  MPPT  t e c hni qu e s  (S .  Del l K r a c h a i )   214 7 [13]   R .  K u m a r ,   P .  C h a t u r v e d i ,  H .   O .  B a n s a l   a n d   P .  K .   A j m e r a ,   " A d a p t i ve  a rtificia neural  n et work -based  c ont r ol  stra te g y   f or   s hu nt  a c t ive   p o we fi l t er , "   2016  Internati o nal  Con f e rence   o n   E lect rical   P ow er  a nd   E n e rgy  S y s t e m s   (ICEPES ),   B ho p a l,   pp.   1 94-1 99,  2 01 6.   [14]   Ravi nder  Ku ma r,   H ari   O m   B ans a l,  " S h unt  activ p o wer  fil t er:  Cur ren t   s ta t u of   c ontrol   t echn i qu es  a nd   i t s   in tegratio n t o   r enewab le en e rgy   so urces, "  S u s t a in able  C iti e an S o ciet y,   vol.  42,  pp .   5 74 -5 92 2 0 1 8 .   [15]   Ho rnik   K .,  Stinchco m b M. and  W h ite  H .,   " M u lti l a yer  Fee d f o rwar N e tw orks  a re  U n i vers al  A p p rox i m a t o rs, "   Neural Network s, vo l . 2 ,   p p . 35 9 -36 6 , 19 8 9 .   [16]   Marquardt,  D . ,   " An  A lgor it h m   f or   l eas t-s quares   est i m a tion   o f   n o n l i n ear  p ara m et ers,"  S I AM   J ou rn al   o n   Ap pl ied   Math ematics,  vo l . 1 1,  no .   2 ,   pp . 4 3 1 -4 41 1 9 6 3 .   [17]   Chi a n-S o n g   C hiu,   " T - S   F u zzy   M ax im u m   P o w er  P oi n t   T racking  Con t ro of   S olar  P ower  G en eratio S y s t e m s, "   IEEE  T r ans Ene r gy  Conversi on,  v ol . 25,  no.  4,   pp  1123-1132, 201 0.   [18]   Jy h-S h i n g   Ro ge J a ng ,   "AN F IS Adap ti ve-Neural-Bas e F u zzy  I nf er ence   S yst e m,"  IEEE  T rans acti o n s   o n   S y s t e m s,   M an ,   a nd  cybern eti c s,   vol 2 3 no 3,   1 9 9 3 .       BIOGRAPHI E S  OF A U T HORS       P hd  st uden t ,   Un iv ers i t y  of   S c ien ce and   Tech no lo g i es -M oh amed  Bou d i af,  Ora n , Al g eria,  Elect rical  En g i n eerin Facu lt y , Depart m ent of Elect roni cs,  e - m a il s a id ia . d e l l a kr a c h a i @u n i v - us to . d z   .        Research D irect or, U n i versity of S c ien c e   and   Techn o l o g i es -Mo h am ed Bo u d i a f , Or a n, A l g eri a Elect rical  En g i n eerin Facu lt y , Depart m ent of Elect roni cs,  e - m a il A b o u d g h e ne s @ gm a i l . c o m            Dr, U n i v ersity of   S c ien c and   Te ch nol og ies - Mo h a m e d   Bou d iaf,  Ora n , Algeri a , Electri cal  Eng i n eerin g   F acu lty, D e part men t  o f E l ectro n i cs,  e-mai l :   m o h a m e d.d e ll akrachai @un i v - usto. d z              Dr,  Spat i a l dev e lo p e ment center,   e-mai l :   M _ b e kh ti @yah oo. f r         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.