I nte rna t io na l J o urna l o f   P o wer   E lect ro nics   a nd   Driv S y s t em   ( I J P E DS )   Vo l.   11 ,   No .   1 Ma r ch   2 0 2 0 ,   p p .   25 1 ~ 26 2   I SS N:  2088 - 8 6 9 4 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / ijp ed s . v 1 1 . i1 . pp 25 1 - 26 2     251       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   Co mpa ra tive stu dy  of new  MPPT   co ntrol a ppro a ch es for a  pho tov o ltaic sy stem       Ahm ed  H a dd o u,  No ur - E dd i neT a riba ,   Na im a   ikk en,   Abdelh a di B o uk na del,  H a f s a   E L   O m a ri,     H a m id E L   O m a ri   De p a rtme n o t h e   P h y sic s a n d   En g in e e rin g   S c ien c e ,   La b o ra t o ry   ERE D,  Ha ss a n   Un iv e rsit y ,   M o r o c c o       Art icle  I nfo     AB S T RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   2 ,   2 0 1 9   R ev is ed   J u l 9 ,   2 0 1 9   Acc ep ted   Au g   2 ,   2 0 1 9       Th e   o u t p u t   c h a ra c teristics   o th e   p h o to v o lt a ic  (P V)   in sta ll a ti o n   n o rm a ll y   d e p e n d   o n   s o lar  ra d iati o n   a n d   a m b ien t   tem p e ra tu re ,   t h e   c h a rg e   imp e d a n c e ,   it m a x imu m   p o we p o i n (M P P is  n o ste a d y .   In   e v e ry   sta te  o th e   P m o d u le   h a a   p o in w h e re   it   c a n   c re a te  it s   M P P .   T h u s ,   M P P T   ( m a x imu m   p o in p o we r   m o n it o r in g )   p ro c e ss   c a n   b e   e m p l o y e d   to   k e e p   th e   p h o t o v o lt a ic  p a n e ru n n i n g   o n   it M P P .   I n   th is  a rti c le,   th e   o b jec ti v e   wa to   d e term in e   h o w   th e   d iffere n t   m a x imu m   p o in t   p o we m o n it o ri n g   ( M P P T)   tec h n iq u e a p p li e d   t o   P sy ste m s   wo rk .   T h e re fo re ,   two   M P P T   a lg o rit h m a re   o ffe re d   a n d   c o m p a re d   u n d e r   se v e ra situ a ti o n   o tem p e ra tu re   a n d   ra d iatio n   c o n d it io n s:  M RAC  m e th o d s   a n d   sl id i n g   m o d e   c o n tro l ler  c o m b in e d   with   t h e   I n c re m e n tal  C o n d u c ti v it y   (IC)  a lg o rit h m .   Th e y   a re   o ften   e m p lo y e d   d u e   t o   th e ir  lo p rice   a n d   sim p le  u se .     Th e y   h a v e   b e e n   tes ted   o n   t h e ir  p e rfo rm a n c e   e m p l o y i n g   th e   P S I M   so ftwa re   with   d iffere n sit u a ti o n o tem p e ra tu re   a n d   so lar rad iatio n   K ey w o r d s :   B o o s t Co n v er ter   I n cr em en tal  C o n d u ctan ce   MPPT   MRAC   Sli d in g   m o d c o n tr o ller   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Ah m ed   Had d o u ,     Dep ar tm en t o f   th Ph y s ics an d   E n g in ee r i n g   Scien ce ,   Hass an   I   Un iv er s ity ,   FS T S,  Km 7 ,   R o ad   C asab lan ca ,   Settat,  Mo r o cc o .   E m ail: h ad d o u @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O   No wad ay s ,   m u ch   o f   t h wo r l d ' s   en er g y   p r o d u ctio n   is   p r o v id ed   b y   f o s s il  f u els,  th co n s u m p tio n   o f   th ese  s o u r ce s   r is es  th g r ee n h o u s ef f ec a n d   th u s ,   in c r ea s p o llu tio n .   So lar   r e n ewa b le  en er g y   is   an   im p o r tan t   s o lu tio n   th at  co n tr ib u tes  to   m in im ize  p o llu tio n .   T h p r o d u ctio n   o f   th is   en er g y   is   n o t   lin ea r   b ec au s th o p er atin g   p o in o f   th p h o to v o ltaic  p an el  ( PV)   d o es  n o alwa y s   co in cid with   th p o i n o f   m ax im u m   p o we r .   T o   h av th b est p er f o r m an ce   o f   th p h o to v o ltaic  p an el  at  all  tim es,  we  u s e   m ax im u m   p o in t r esear ch in g   an d   tr ac k in g   m ec h an is m   ca lled   M PP T   [ 1 ,   2 ] .   As  co n s eq u en ce ,   n u m e r o u s   s tu d ies  h av co n ce n tr ated   o n   p h o to v o ltaic  s y s tem s .   T h ey   at tem p ted   to   cr ea te  alg o r ith m s   to   h av e   th b est  en e r g y   p e r f o r m an ce   f r o m   t h PV  a n d   h av e   b etter   y ield   [ 2 ,   3 ] .   Hill   C lim b in g ,   P& O,   a n d   C o n d u ct an ce   I n cr em en t   ( I NC )   [ 3 ]   wa s   p r ec u r s o r   in   th is   d o m ain .   T h er ar also   o th er s   ad v an ce d   m eth o d s   b ased   o n   f u zz y   lo g ic  ( F L )   [ 4 ,   5 ] .   I n   th is   a r ticle,   th e   o b jectiv e   w as  to   s tu d y   th e   o p e r atio n   o f   v ar io u s   MPPT  tech n iq u es  ap p lied   to   PV  s y s tem s .   T h er ef o r e,   two   MPPT  alg o r ith m s   ar p r esen ted   an d   co m p a r ed   u n d er   v ar i o u s   tem p er atu r an d   r ad iatio n   c o n d itio n s MRAC   m eth o d s   an d   in cr e m en tal  co n d u ctan ce   b ased   s lid in g   m o d e   co n tr o ller .   T h ese   alg o r ith m s   ar wid ely   u s ed   in   PV  s y s tem s   b ec au s o f   th eir   ea s y   im p lem en tatio n   an d   lo co s t.  T h ese   tech n iq u es  wer an aly ze d   an d   th eir   p er f o r m an ce   ev alu ated   u s in g   th PS I s o f twar u n d er   d if f er e n ty p es  o f   s o lar   r ad iatio n   an d   tem p e r atu r e.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :2 0 8 8 - 8 694   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   Vo l.  11 ,   No .   1 Ma r   20 20   :   25 1     26 2   252   2.   P H O T O VO L T A I CSY ST E M   Fix ed   ch ar g s y s tem s   th at  u s r en ewa b le  en er g y   as  s o u r ce   o f   en er g y   alwa y s   n ee d   an   in t er m ed iate  s tag b etwe en   th p h o t o v o ltai s o u r ce   an d   t h lo ad   to   g et  th m o s p o wer   av ailab le  at  an y   m o m en t   [ 6 ,   7 ] ,   th in ter m ed iate  s tag u s ed   is   co n v er ter   DC - DC   as sh o wn   b elo w :           Fig u r 1 .   Diag r a m   o f   PV  co n n ec ted   to   lo ad       2 . 1 .     P ho t o v o lt a ic  pa nel   T h p h o t o v o ltaic  p an el  co n s is ts   o f   ce lls   in   s er ies  an d   in   p ar allel  th at  tr an s f o r m   th s u n lig h in to   an   elec tr ic  cu r r en t,   th eq u iv ale n m o d el  o f   a   ce ll  is   c u r r en t   s o u r ce   in   p ar allel  with   a   d io d in   p a r allel  an d   an   in ter n al  r esis tan ce   th at   r ef lect s   th in ter n al  h ea tin g   o f   ea c h   ce ll,  th v ar iatio n   o f   th o u tp u v o ltag e   with   t h e   cu r r en o f   ce ll is   d ef in e d   b y   r esis to r   in   s er ies with   th cu r r en t so u r ce . Fig u r 2 .           Fig u r 2 .   E lectr ical  m o d el  o f   PV  m o d u le       T h o u tp u t c u r r en t - v o ltag ( I - V)   ch ar ac ter is tics   ca n   b ca lcu lated   b y   u s in g   th f o llo win g   e q u atio n   [ 4 ]      =  (    +   1 )     ( 1 )     i sc s h o r t - cir cu it  cu r r en o f   PV  ce ll,  R p Sh u n R esis to r ,   R s r esis to r   s er ies,  i0   is   th r ev er s s atu r atio n   cu r r en t   o f   th e   d io d e.   VT   is   th e   th er m al  v o ltag e;   it  d e p en d s   e x clu s iv ely   o n   t h tem p er atu r e.   Ns  n u m b er   o f   s er ie  ce ll ,   Np   n u m b e r   o f   p ar allel  ce lls .   I n   th is   s tu d y ,   th SC HOT T   POLY   2 4 0   m o d u le   [ 7 ]   is   tak en   in to   ac co u n t,  th elec tr ical  c h a r ac ter is tics   o f   th m o d u le  a r s h o wn   in   th T ab le  1 :       T ab le  1 .   E lectr ical  ch a r ac ter is tics   o f   PV m o d u le   P mp p   ( N o m i n a l   P o w e r [ W p ]   240   V mp p   ( V o l t a g e   a t   N o mi n a l   P o w e r )   [ V ]   3 0 . 4   I mp p   ( C u r r e n t   a t   N o mi n a l   P o w e r )   [ A ]     7 . 9 0   V o c   ( O p e n - C i r c u i t   V o l t a g e [V]    3 7 . 3   I sc  ( S h o r t - C i r c u i t   C u r r e n t )   [A]    8 . 4 7       Fig u r 3   s h o ws th v ar iatio n   o f   GPV  cu r r en t a s   f u n ctio n   o f   GPV  v o ltag e,   wh ile  F ig u r 4   s h o ws th v ar iatio n   o f   th GPV  p o wer   p r o v id ed   b y   th e   v o ltag f u n ctio n   u n d er   n o r m al  co n d itio n s   [ 4 ,   5 ] .     T h ch a r ac ter is tics   I pv   Vs  V pv   o f   th p an el  is   a   n o n - lin ea r   f u n ctio n ,   its   lin ea r izatio n   is   r eq u ir ed   to   s tu d y   th d y n a m ic  b e h av io r   o f   s y s tem s   ( PV  b o o s t)   wh ic h   s tr o n g l y   d e p en d s   o n   t h o p er atin g   p o in o f   th e   p h o to v o ltaic  g en er at o r ,   th e   lin ea r   m o d el  o f   MPP is g iv en   in   Fig u r 3 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec &   Dr Sy s t   I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       C o mp a r a tive  s tu d o f n ew MPP T c o n tr o l a p p r o a ch es fo r   a   p h o to vo lta ic  s ystem   ( A h med   Ha d d o u )   253   T h m o d el  in   Fig u r 3   h as  v a lid ity   at  th lin ea r izatio n   p o in t,  wh ich   is   a   s u itab le  ap p r o x i m atio n   f o r   th s m all  s ig n als  an aly s i s .   W h ile  it  is   d esira b le  to   o p er ate  at  th m ax im u m   p o i n at  all  ti m es,  th GPV  p an el   m ay   ch an g th ar ea   o f   t h o p er atin g   p o i n t o f   t h s o u r ce   v o l tag o r   th c u r r e n ar ea   [ 6 ,   7 ] .   T h d y n am ic  b e h av io u r   o f   th en tire   s y s tem ,   s o lar   p an el  a n d   p o wer   p lan t,  d e p en d s   s tr o n g ly   o n   th e   p an el' s   o p er atin g   p o in t.  Fo r   t h p u r p o s o f   d esig n in g   th co n tr o s y s tem   an d   en s u r in g   th e   s tab ilit y   u n d er   all  o p er atin g   co n d itio n s ,   th e   p h o to v o ltaic  m o d u le  is   also   lin ea r ized   at  b o th   cu r r en t   an d   v o lta g zo n es  b y   u s in g   ( 3 )   an d   ( 4 ) .   T h e   d er iv ativ e   o f   t h n o n - lin ea r   f u n ctio n   I pv   v s   V pv   at  th MPP o p er atin g   p o in t i s   g iv en   b elo w:       |  =   =  = (  ,  ) = 0 (  +   1 ) 1   ( 2 )             Fig u r 3 .   C u r r e n t I p v .   v o ltag Vp v   ch ar ac ter is tics     Fig u r 4 .   PV Po wer   v s .   v o ltag Vp v   ch ar ac ter is tics       T h eq u atio n   b el o r ep r esen ts   th lin ea r ized   m o d el  wh ic h   is   d escr ib ed   b y   th tan g en o f   th cu r v e   o n   th lin ea r izatio n   p o in t   [ 5 ] .      = (  +  ) +    ( 3 )     T h eq u iv ale n t T h ev e n in   m o d el  [ 8 ]   is   r ep r esen te d   b elo wit h :      = 1 /   An d    =   /   ( 4 )           Fig u r 5 .   T h ev en i n   m o d el  o f   P V         2 . 2 .     B o o s t   c o nv er t er   m o dellin g   An   ad ap tatio n   s tag ( S tep   u p   co n v er ter )   is   r eq u ir ed   to   en s u r th in ter f ac b etwe en   GPV  an d   lo ad   f o r   a   g o o d   o p tim izatio n   o f   th e   s y s tem s   o p er atio n ,   it  is   ess en tial  to   ad a p th e   v o ltag e   an d   cu r r en t   o f   th GPV   to   th co n s u m er s   r eq u ir e m en ts ,   an d   it  ca n   also   en s u r th t r an s f er   o f   p o wer   b etwe en   th GPV  an d   th lo ad ,   wh eth er   it  is   b atter y ,   DC   lo a d   o r   in v e r ter .   Fig u r 6   s h o w s   th b o o s s ch em c o r r esp o n d in g   to   th GPV   T h ev en in   m o d el ,   T h S tep   u p   co n v er ter   o p er atin g   in   c o n tin u o u s   co n d u ctio n   m o d ( C C M)   [ 1 ,   2   an d   7 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :2 0 8 8 - 8 694   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   Vo l.  11 ,   No .   1 Ma r   20 20   :   25 1     26 2   254       Fig u r 6 .   T h ev en i n   m o d el  o f   P VG  with   b o o s t a d ap tiv s tag e       T h elec tr ical  cir cu it  o f   th e   lo s s les s   PV  s y s tem   is   s h o wn   in   Fig u r 6 .   T h d y n am ic  e q u atio n s   ar d esig n ed   to   r ep r esen t h s y s tem   in   th s tate  s p ac wh e r th s tate  v ar iab les  ar th i n d u ct iv cu r r e n an d   th e   v o ltag at  th e   in p u t   ca p ac ito r ,   wh ile  th co n v er ter   in p u is   th d u t y   cy cle,   th GPV  is   r ep r esen ted   b y   th e   eq u iv alen cir cu it  m o d el  T h e v en in ,   an d   V o   is   th B o o s o u tp u v o ltag e,   v Cin   r ep r esen ts   th v o ltag o f   th in p u ca p ac ito r ,   i L   is   th in d u ctiv c u r r en t a n d   d   is   th d u ty   c y cle  [ 6 ,   7   an d   8 ] .     Av er ag in g   s tate  eq u atio n s   o v e r   s witch in g   p er io d   p e r io d   ar e   g iv en   in   th f o llo win g   s et:         = 0   ( 5 )    =  +   ( 6 )    =  ( 1 )   ( 7 )     = ( 1 )   ( 8 )     C o n tr o l to   in p u t v o ltag e   tr an s f er   f u n ctio n :      ( ) =   +  +   2   ( 9 )     C o n tr o l to   in p u t v o ltag e   v s   s elf   cu r r e n t tr an s f er   f u n ctio n      =  1 +         3.   M P P T   D E SI G N   3 . 1 .     I ncre m ent a l c o nd uct a nce  des ig n   T h in cr em en tal  co n d u ctan c ( I C )   alg o r ith m   u s ed   to   ac h iev m ax im u m   p o wer   p o i n tr ac k in g   ( MPPT)   u s es  th co n ce p t h at  th p o wer   d er iv ativ e   with   r es p ec to   v o ltag e   will  b ze r o   at   MPP  an d   p o s itiv e   f o r   v o ltag es  b elo MPP  as  w ell  as  n eg ativ f o r   v o ltag es  ab o v MPP,  wh ich   is   ac h iev ed   with   o b v io u s   ea s wh en   v iewin g   th en er g y   v o ltag cu r v e   [ 9 ,   1 0 ] ,   Po wer - v o ltag cu r v e   as sh o in   Fig u r 7 .   .         Fig u r 7 .   Po wer - v o ltag c u r v e       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec &   Dr Sy s t   I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       C o mp a r a tive  s tu d o f n ew MPP T c o n tr o l a p p r o a ch es fo r   a   p h o to vo lta ic  s ystem   ( A h med   Ha d d o u )   255   T h p o wer   d er i v ativ with   r e s p ec to   th v o ltag ca n   b e   e x p r ess ed   as  ( 1 0 )   s in ce   =   I an d   n ew   co n d itio n s   o n   th v a r iatio n   o f   co n d u cta n ce   ar g i v en   ( 1 1 ) .       = (  .  )  =  +  .    +  .     ( 1 0 )   = M P P of r i gh t V I V I M P P at V I V I M P P of l e f t V I V I PV PV PV PV PV PV PV PV PV PV PV PV   ( 1 1 )     T h s lo p    /    in d icate s   th e   m o d if ied   co n d itio n s   f o r   th c h an g e   in   co n d u ctan ce T h co n tr o l   p o in is   lo ca ted   at   th lef t - h an d   s id o f   th MPP  if   th s lo p e   is   g r ea ter   th a n   ze r o ,   at  th r ig h t - h an d   s id o f   th e   MPP  th s lo p if   th s lo p is   less   th an   ze r o ,   an d   th s lo p e   is   ze r o   ex ac tly   at  th MP P.  T h er ef o r e,   th PV  v o ltag n ee d s   to   b in c r ea s ed   wh en   th s lo p is   p o s itiv an d   d ec r ea s ed   wh en   t h s lo p is   n eg ativ e.   I n   th p r ev i o u s   s ec tio n ,   I n cr e m en tal  C o n d u ctan ce   is   ap p lie d   to   d eter m in t h v o ltag V r ef   wh ich   aim s   to   d eliv e r   th e   m a x im u m   p o wer   a v ailab le  in   th e   s tab le  s tate  [ 1 1 ,   1 2 ] .   I is   also   d esira b le  th at  t h s y s tem   co n v er g m o r q u ick ly   to   th MPP  wh en   th ir r ad iatio n   is   ch an g ed .   T h p r o p o s ed   ar c h itectu r o f   th Mo d el   R ef er en ce   Ad ap tiv e   C o n tr o l   ( MRAC )   is   d esig n ed   to   m ai n tain   a   cr itical  d am p in g   b eh av io u r   o f   th e   GPV  v o ltag ( Vp v )   [ 1 3 ,   1 4 ] .   T h Fi g u r 8   s h o ws th b asic stru ctu r o f   MRAC   co n tr o ller .           Fig u r 8 .   B asic stru ctu r o f   th ad ap tiv co n tr o l w ith   th e   r ef er en ce   m o d el       T h tr an s f er   f u n ctio n   o f   t h G PV v o ltag with   r esp ec t to   th e   cu r r en t iL   is   g i v en   b el o w:      ( ) =    . + 1   ( 1 2 )     I is   tr an s f er   f u n ctio n   o f   a   f ir s t - o r d er   s y s tem ,   T h d esig n   o f   MRAC   is   p er f o r m ed   b y   s elec tin g   f ir s t - o r d er   r ef er e n ce   m o d el  t o   av o i d   ex ce e d in g   t h GPV  v o ltag an d   h a v a   v er y   s h o r s tab ilizatio n   tim ( s ettlin g   tim e)   [ 1 5 ,   1 6 ] .     T h r ef er e n ce   m o d el  is   o f   th f o llo win g   f o r m     ( ) = = +   ( 1 3 )     W h er G ref   is   th f o r m   o f   th d esire d   GPV  v o ltag e,   an d   V ref   is   th v o ltag e   ca lcu la ted   b y   th e   in cr em en tal  co n d u ctan ce   alg o r ith m   [ 1 7 ,   1 8 ] .   T h er r o r   b et wee n   th d esire d   v o ltag G ref   an d   th m ea s u r ed   v o ltag V pv   ( o r   ac tu al)   is   d ef in ed   as f o llo ws:     =    ( 1 4 )     E x p r ess in g   th e q u atio n   o f   th e   m o d el  ( 1 2 )   i n   th tim d o m ai n   an d   s im p lific atio n   g iv es       =  +   ( 1 5 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :2 0 8 8 - 8 694   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   Vo l.  11 ,   No .   1 Ma r   20 20   :   25 1     26 2   256   with     = 1     = 1    ( 1 6 )     T h r ewr itin g   o f   1 7   in   th e   tim d o m ain   g iv es      = +   ( 1 7 )     Fro m   th ( 1 7 ) ,   it  ca n   b d ed u c ed   th at  ze r o - er r o r   m ea n s   th at   th r ate  o f   c h an g e   f o r   th ese  s h o u ld   also   b eq u al  in   th is   ca s e.   T h u s   ass im ilatin g   ( 1 5 )   an d   ( 1 7 )   an d   s im p lify in g   we  ca n   r ea c h :     =    ( 1 8 )     wh er X= a/B ,   an d   Y=   (a - A) /B     Fo r   th s y s tem   to   f o llo th b eh av io r   o f   th f ir s t - o r d er   r ef er en ce   m o d el,   th e   f o llo win g   co n d itio n s   m u s t b m et:     =  = 0   ( 1 9 )     Usi n g   ( 1 5 )   a n d   ( 1 7 ) ,   an d   r ep la cin g   in   ( 1 9 )   we  o b tain     =  + (  + )  + (  )   ( 2 0 )     Fo r   th v o ltag V p v   t o   b e   s tab le  an d   to   f o llo w   th r ef er en ce   v o ltag e,   t h er r o r   an d   th e r r o r   d er iv ativ b etwe en   th em   m u s t te n d   to war d s   ze r o ; in   o d er   h a n d ,   L y a p u n o v   ca n d id ate  f u n ctio n   is   d ef in ed   ( 2 1 )   to   s tu d y   th s tab ilit y   o f   th o v er all  th s y s tem   [ 1 3 ] .     ( ) = 1 2 + 2 2 2   ( 2 1 )   ( , , ) = 2 + 1 ( + +  ) (   + ) + 1 (  ) (  )   ( 2 2 )     Acc o r d in g   to   th e   L y a p u n o v   c r iter ia,   to   g u ar an tee   th s tab il ity   o f   t h s y s tem ,   th e   tim d e r iv ativ o f   th ca n d i d ate  f u n ctio n   L y a p u n o v   s h o u ld   n e g ativ s em d ef i n ite  i.e   V( x )   <   0 .   T h is   eq u alit y   is   tr u e   f o r   t h ( 2 2 )   an d   wh ich   f u lf ils   th f o llo win g   co n d itio n s .     =    ( 2 3 )   =     ( 2 4 )   =  + 0   ( 2 5 )   =   + 0   ( 2 6 )   = 2   ( 2 7 )       T h ( 2 3 )   to   ( 2 7 )   r ep r esen t t h law  o f   ad ap tatio n ,   with   an d   b ein g   th a d ap tiv g ain s   an d   is   th p o s itiv co n s tan t th at  m u s t b ad ju s ted .   T h ab o v eq u atio n s   h av b ee n   im p lem en ted   in   th PS I f o r   PV Sy s tem s   to   in co r p o r ate  Mo d el  R ef er en ce   Ad ap tiv C o n tr o ller   as sh o wn   Fig u r 9.   T h p ar a m eter     o f   th r ef er en c m o d el  d ef in es  th s p ee d   o f   t h ec lo s ed - lo o p   r esp o n s e.   I f   we   wan to   d ec r ea s th e   clo s ed - lo o p   r esp o n s we  h av t o   in c r ea s th p ar am eter     o n   th e   o t h er   h a n d   if   we  wan t   to   in cr ea s th clo s ed - lo o p   we  w ill h av to   r ed u ce   .   Fro m   th eq u atio n s   ab o v th at   p r esen th ad ap tatio n   law,   th o n ly   co n tr o p ar a m eter   is   th p o s itiv e   g ain .   Fo r   th e f f ec tiv c o n tr o l   o f   th e   v ar iatio n   in   t h am p litu d o f   th r ef er en ce   s ig n al,   t h co n tr o l p ar am eter     p lay s   an   im p o r tan r o le.   its   v alu is   m ain tain ed   h ig h   if   th v ar iatio n   o f   th r e f er en ce   s ig n al  is   lar g an d   lo w   if   th v ar iatio n   o f   th e   r ef er e n c s ig n al  is   s m all.   I n   o u r   ca s   0 . 0 0 3   an d .   a=   7 0 0 0   a r ch o s en .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec &   Dr Sy s t   I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       C o mp a r a tive  s tu d o f n ew MPP T c o n tr o l a p p r o a ch es fo r   a   p h o to vo lta ic  s ystem   ( A h med   Ha d d o u )   257       Fig u r 9 .   MRAC   co n tr o l la w       3 . 3 .     Su per  T wis t ing   Sli din g   Co ntr o l   Su p er - twis tin g   alg o r ith m   ( ST A)   is   n o n - lin ea r   co n tr o tec h n iq u an d   is   o n o f   th m o s p o wer f u co n tin u o u s   2 - o r d er   SMC s   wh i ch   en s u r es  all  f u n d am e n tal  p r o p er ties   o f   its   tr ad itio n al  1 - o r d er   with   ch atter in g   r ed u ctio n   ca p a b ilit y   [ 1 9 ,   2 0 ] .   T h m ain   ad v an tag es  o f   th e   STA  ar th r o b u s tn ess   ag ai n s v ar iatio n   o f   th s y s tem ,   an d   th ab ilit y   to   tr ac k   th r ef er e n ce   with   h ig h   ac c u r ac y .   I was  d ev elo p ed   in   f ir s tim b y   Pro f ess o r   L ev an f o r   s y s tem s   with   r el ativ d eg r ee   eq u al  to   1   [ 2 1 ,   2 2 ] .   T h is   alg o r ith m   r eq u ir es  o n ly   th k n o wled g o f   th s lid in g   v ar iab le  an d   d o es  n o tak in to   ac co u n its   tim d er iv ativ e .   I n   th is   wo r k ,   th ST h as  b ee n   ap p lied   to   d r iv th e   s tep - u p   c o n v e r ter   with   th p u r p o s o f   k ee p in g   th GPV  o p er atin g   at  th m ax im u m   p o wer   p o in t.   T h co n tr o law,   as  s h o wn   i n   Fig u r 1 0 ,   is   g en e r ated   f r o m   s lid in g   s u r f ac t r ea tm en t   s ( x ) .   T h e   co n tr o l sig n al  u ( t)   r e g u lates th GPV  v o ltag to   o p e r ate  at  V m p   v o ltag e   v ia  s witch   S,  it c an   b wr itten   as       ( 2 8 )     ( 2 9 )     wh er th s lid in g   s u r f ac is   d e f in ed   as:     = +   ( 3 0 )     An d     =    ( 3 1 )       T h ab o v e   alg o r ith m   d o es  n o r eq u i r th e   ev al u atio n   o f   th e   s ig n   o f   S.  A   s ec o n d   o r d er   s lid in g   m o d e ,   ex p o n e n tially   s tab le,   ap p ea r s   if   th co n tr o law  with   r   1   is   u s ed .   T h p ar m eter   ρ   0 . 5   g u ar an tee  th at  th f u lf ilm en t o f   th s ec o n d   o r d er   s lid in g   is   ac h iev ed   [ 2 3 ,   2 4 ] .     T h co n tr o l la is   in   th is   ca s g iv en   b y :     = { ̇ 1 = 1  ( )      | | > 0 2 = 2 | | 0 . 5  ( )      | | 0   ( 3 2 )     T h s im p licity   o f   th co n tr o law  s tr u ctu r is   q u ite  o b v io u s   with   o n ly   f o u r   p ar a m eter s   to   b d eter m in ed .   C o n v er g e n ce   co n d itio n s   f o r   th ese  p ar am eter s   ar [ 2 5 ] :       ( 3 3 )     T h s witch in g   c o n tr o l   en s u r e s   th co n v er g e n ce   o f   th e   en ti r s y s tem   b y   k ee p i n g   it  m o v i n g   o n   th e   s lid in g   s u r f ac wh ile  en s u r in g   r o b u s tn ess   ag ain s t e x ter n al  u n ce r tain ties   an d   d is tu r b an ce   . T h er f o r e   s h o u ld   b h ig h   v alu e.     T h o v e r all  co n tr o l la is   im p lem en ted   in   PS I to o ls   as f o ll o w:       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :2 0 8 8 - 8 694   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   Vo l.  11 ,   No .   1 Ma r   20 20   :   25 1     26 2   258       Fig u r 1 0 .   T h s y n o p tic  d iag r am   o f   th s u p er - twis tin g   alg o r ith m .       4.   SI M UL T I O R E SU L T S   I n   o r d er   to   h av e   p r o p e r   ch ar ac ter izatio n   o f   th e   alg o r ith m s   p r o p o s ed   in   th is   p ap e r ,   s im u la tio n s   wer p er f o r m ed   u s in g   th e   PS I s o f twar e.   I ts   tak es  in to   co n s id er at io n   th e   v ar io u s   o p e r atin g   co n d itio n s ,   s tead y   s tate  an d   tr a n s ien s tate  d u e   to   th v ar iatio n s   in   s o lar   r a d iatio n   ( f r o m   6 5 0 W /m 2   to   1 0 0 0 W /m 2 ,   tem p er atu r ( 2 5 °C   to   7 5 °C )   an d   c h ar g v ar iatio n .   T h f ig u r 1 1 ( a) ,   1 1 ( b )   s h o ws   th s im u latio n   m o d el  o f   MR AC   an d   SMC   co n tr o ller   with   PS I M.   T h e   f ig u r es  1 2 ,   1 3   in d icate   th e   s im u latio n   r esu lto f   th e   GPV  o u tp u c u r r en t,   v o ltag e   an d   GPV  p o wer   f o r   d if f er en t   o p er atio n   c o n d itio n s .         ( a)       ( b )     Fig u r 1 1 .   Simu latio n   m o d el  ( a)   MRAC ,   ( b )   SMC       4 . 1 .   I n c a s o f   irr a dia t io n c ha ng e:   T h two   p r o p o s ed   m eth o d   is   ef f icien an d   ex tr ac ts   th m ax im u m   p o wer ,   b u th MR AC   co n tr o co m b in ed   with   I NC   h as  h ig h est  r is tim co m p ar e d   with   SMC   as  it  ca n   b s ee n   in   Fig u r 1 2 ( a ) .   W ca n   s ee   also ,   in   s tead y   s tate,   th at  MR AC   h av th h i g h er   o s cillatio n   ar o u n d   th e   m ax im u m   p o in t,  I n   ad d itio n th GPV  v o ltag is   r eg u lated   to   f o llo th r ef er en ce   v o ltag Vm p   o f   th p h o to v o ltaic  p an el  g en er ated   b y   I NC C   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec &   Dr Sy s t   I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       C o mp a r a tive  s tu d o f n ew MPP T c o n tr o l a p p r o a ch es fo r   a   p h o to vo lta ic  s ystem   ( A h med   Ha d d o u )   259   alg o r ith m   with   less   o s cillatio n   ar o u n d   it,  in   th is   ca s e,   th MRAC   co n tr o af f ec ts   th v o ltag o f   th GPV,   wh ich   lead s   to   o s cillatio n s   ar o u n d   Vm p p   ( 1 6 0 m V   v s   4 2 m f o r   SMC ) .   Als o ,   th r esu lts   also   co n f ir m   th at   th e   o p tim al  cu r r en t   is   d ir ec tly   d e p en d   u p o n   th s o lar   illu m in a tio n   an d   is   s ig n if ica n tly   a f f ec ted   b y   th e   s u d d e n   ch an g Fig u r ( c) ,   in s tead   o f   t h o p tim al  v o ltag e,   wh ich   is   s lig h tly   af f ec ted   Fig u r 1 2 ( b ) .           ( a)   ( b )         ( c)   ( d )     Fig u r 1 2 .   Simu latio n   r esu lts with   ir r ad iatio n   v a r iatio n :   a)   O u tp u t p o wer   o f   GPV;    b )   o u t p u t v o ltag o f   GPV; c )   C u r r en t o f   GPV,   d )   L o ad   o u tp u t c u r r e n t.       4 . 2 .   I n c a s o f   l o a d v a ri a t io a nd   t em pera t ure   Fig u r 1 3   s h o ws  th at  b o th   ap p r o ac h es  h av an   e f f ec tiv p er f o r m a n ce   to   ex tr ac m ax im u m   p o wer   d esp ite  th ch an g in   te m p er atu r an d   lo ad   b u s till   th S MC  m eth o d   h as  f aster   r esp o n s an d   g r ea ter   ca p ac ity   co m p ar ed   to   MRAC   to   f o llo th r ef e r en ce   v o ltag Vm p   o f   th e   p h o to v o ltaic  p a n el.   So ,   th e   MRAC   alg o r ith m   is   an   ef f icien t   alg o r ith m   b u t   h as  o s cillatio n s   ar o u n d   th e   o p tim al  v al u as  s h o wn   in   Fig u r e   1 3   ( b ) .   T h is   alg o r ith m   h as  b ig   i n co n v en ien ce   wh ic h   is   its   p o o r   b eh av io u r   af ter   a n   ab r u p t   ch an g in   tem p er atu r an d   lo ad in g s   o f   l o ad s .   I n   ad d itio n ,   th SMC   is   ch ar ac ter ized   b y   it s   r o b u s tn ess ,   its   ef f icien cy   an d   its   s tab ilit y .   Nev er th eless ,   th s et - u p   o f   th is   k in d   o f   alg o r ith m   is   m o r c o m p lex   th an   tr a d itio n al  alg o r i th m s .   W e   th er ef o r ev alu ated   an d   co m p ar ed   th ese  alg o r ith m s   o f   ea ch   m eth o d   to   s h o th ef f ec tiv en ess   o f   th m eth o d   co m p ar ed   to   th o th er s .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :2 0 8 8 - 8 694   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   Vo l.  11 ,   No .   1 Ma r   20 20   :   25 1     26 2   260       ( a)   ( b )       ( c)   ( d )     Fig u r 1 3 .   Dif f er en ts   s im u latio n   r esu lts   f o r   l o ad   v a r iatio n   an d   tem p er atu r e:  ( a)   Ou t p u t p o wer   o f   GPV;    ( b )   o u tp u t v o ltag o f   GPV;  ( c)   C u r r en t o f   GPV,   ( d )   L o ad   o u t p u t c u r r en t       5.   E XP E R I M E N T A L   T E S T   A ND  DIS C USS I O N   T h B o o s co n v er ter   is   u s ed   t o   tr an s f er   p o wer   f r o m   th in p u t   o f   th co n v er ter   to   th is   o u t p u ,   an d   to   in cr ea s th lo PV  o u tp u v o ltag to   h ig h   v o ltag DC   b u s   th B o o s co n v er ter   is   u s ed   as  an   ad ap tatio n   s tag e .   T h two   s ig n als  u s ed   f o r   th im p lem en tatio n   o f   th MPPT  alg o r ith m   an d   th v o lt ag r eg u latio n   lo o p   ar d etec ted   b y   an   AC S7 1 1   cu r r en s en s o r   ( - 1 2 . 5 to   +1 2 . 5 A)   f o r   I PV ,   an d   b y   r esis tiv e   d iv id er   f o r   V PV   an d   ar in ter f ac ed   b y   an   STM 3 2 F4 0 7   Dis co v er y   b o ar d   v ia  th ADC  ch an n els  f o r   co n t r o llin g   th DC - DC   co n v er ter .   T h e   STM 3 2   co n tr o ls   th h ar d war p ar u s in g   P W o u tp u f o r   s witch in g   th e   MO SF E T   tr an s is to r   ( SC H2 0 8 0 KE ) .     T h d escr ip tio n   o f   th s o f tw ar an d   h a r d war b l o ck   f o r   r u n n in g   th m ain   lo o p   is   s h o wn   in   th f o llo win g   Fig u r e   1 4 .           Fig u r 1 4 .   E x p e r im en tal  s y s tem   b lo c       T h d ata  ac q u is itio n   o f   PV v o l tag an d   c u r r en t a r lo g g in g   th r o u g h o u t th e   to o ls   STM Stu d io ,   th ex p er im en tal  r esu lts   was  p lo tted   in   th Fig u r 1 5 ,   1 6 ,   1 7 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.