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.   10 ,   No .   3 Sep   2 0 1 9 ,   p p .   161 3 ~ 1 6 2 7   I SS N:  2088 - 8 6 9 4 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / ijp ed s . v 1 0 . i3 . pp 1 6 1 3 - 1 6 2 7          1613       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JP E DS   Co ntrol o the  p h o toelectric  genera tor   for use d in  f ee ding  of t h independe nt  wind  t urbin e sys tem       M o ha m m ed   K endzi 1 Abdel g ha ni Ais s a o ui 2 M o ha m ed  Abid 3 Ahm ed  T a ho ur 3     1 De p a rtme n o El e c tri c a E n g i n e e rin g S m a rt  G rid s a n d   Re n e wa b l e   En e rg ies   Lab o ra to r y ,   Tah ri  M o h a m m e d   Be c h a Un iv e r sity Al g e ria   2 De p a rtme n o El e c tri c a E n g i n e e rin g Tah ri  M o h a m m e d   Be c h a Un iv e rsity Alg e ria   3 De p a rtme n o El e c tri c a E n g i n e e rin g IR ECOM   Lab o ra to r y ,   Dji lali  Li a b e s o f   S i d Be Ab b e s   Un i v e rsity ,   Al g e ria       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Dec   7 ,   2 0 1 8   R ev is ed   Feb   14 ,   2 0 1 9   Acc ep ted   Ap r   8 ,   2 0 1 9       In   th is p a p e r,   a   h y b rid   p o we sy st e m   is p ro p o se d   t o   e li m in a te an y   i n terru p ti o n   c a u se d   to   a b se n c e   o p o we su p p ly   n e tw o rk   b y   th e   F u sio n   b e twe e n   th e   wi n d   so u rc e   a n d   t h e   p h o t o v o lt a ic  so u r c e   to   c re a te  a   h y b ri d   sy ste m   wit h   in ter n a p o we su p p l y   a u t o n o m y .   T h e   h y b rid   p o we sy ste m   in c lu d e a   so lar  a n d   win d   so u rc e   wh o se   win d   e n e r g y   c o n v e rsio n   sy ste m   is  b a se d   o n   a   d o u b l y   fe d   in d u c ti o n   g e n e ra to r .   Th e   p h o t o v o lt a ic  c o n v e rsi o n   sy ste m   e x trac ts  th e   m a x imu m   p o we fr o m   t h e   su n .   p a rt  o t h is  p o we is   u se d   to   su p p l y   th e   ro to o a   d o u b l y   fe d   i n d u c ti o n   g e n e ra to r;  th e   re st  is  i n jec ted   i n   t h e   g rid .   Th e   c o n n e c ti o n   b e twe e n   th e   two   c o n v e rsio n   sy ste m is  m a d e   b y   m e a n o f   sta ti c   c o n v e rters   (c h o p p e r/i n v e rter).  I n   t h e   p h o t o v o lt a ic  c o n v e rsio n   c h a in ,   a   c o n tro ll e fo r   trac k in g   t h e   m a x imu m   p o we p o i n is   d e sig n e d   u sin g   th e   d irec se a rc h   a p p ro a c h   th e   P e rtu rb   a n d   o b se r v e   m e th o d .   T h e   win d   e n e rg y   c o n v e rsio n   sy ste m   c o n t a in s   a   d o u b ly   fe d   a sy n c h ro n o u s   g e n e ra to wit h   a   c o n tro sy ste m   o g e n e ra ted   p o w e rs  b y   th e   tec h n iq u e   o th e   f u z z y   lo g ic.  T h e   sim u latio n   wa d o n e   t o   p ro v e   th e   v a li d it y   o th e   stra teg y   a n d   o th e   c o n tr o l   m e th o d   u se d   f o th e   c o n tr o o t h e   p o we g e n e ra ted   b y   t h e   h y b ri d   sy ste m .   K ey w o r d s :   W in d   tu r b in e   Do u b ly   f e d   in d u ctio n   g en er ato r   Ph o to v o ltaic   Fu zz y   lo g ic   C o n tr o l o f   p o wer   Co p y rig h ©   2 0 1 9   In s t it u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Mo h am m ed   Ke n d zi,     Dep ar tm en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,   Sm ar t G r id s   an d   R en ewa b le  E n er g ies L ab o r ato r y ,   T ah r i M o h a m m ed     B ec h ar   U n iv er s ity ,   Un iv er s ity   o f   T a h r i M o h a m ed ,   B ec h ar ,   B . P 4 1 7   B ec h ar   0 8 0 0 0 ,   Alg er ia.   E m ail: k en d zim o h am m ed @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   R en ewa b le  en er g ies  h av b ec o m v er y   p r o m is in g   s o u r ce s   o f   f u tu r en er g y   r eso u r ce s   in   th wo r ld ,   p r im ar ily   b ec au s o f   th eir   o wn   n atu r e,   an d   also   b ec au s o f   th d im in is h in g   r eser v es  o f   tr ad itio n al  r eso u r ce s   ( o il,  g as,  etc. ) .   . ) ,   Dem o g r ap h ic  an d   ec o n o m ic  g r o wth   [ 1 ,   2 ] .   W h er th u s o f   th ese  s o u r ce s   to   g en er ate  elec tr icity   h as b ee n   s ee n   s in ce   th last   d ec ad [ 3 ] .   T h m ain   ad v an tag o f   r en ewa b le  s o u r ce s   is   th ab s en ce   o f   h ar m f u em is s io n s .   On way   to   g en er ate  elec tr icity   f r o m   r en ewa b le  s o u r ce s   is   to   u s win d   an d   p h o to v o ltaic  po wer ,   m ain ly   b ec au s it  is   clea n   [ 4 ] T h h y b r id   s y s tem   is   ac h iev ed   in   r en ewa b le  en er g ies  co n s is tin g   o f   win d   en er g y   an d   p h o to v o ltaic  ( PV)   en er g y   f o r   p ar allel  p er f o r m an ce   o f   th ese  two   s o u r ce s ,   en s u r in g   DFI tr ain in g   an d   m ax im izin g   p o wer   g en er ati o n   with   b etter   ef f icien cy   [ 5 ,   6 ]   th r o u g h   th in teg r atio n   o f   f o g g y   lo g ic  tech n o lo g y   to   en s u r co n tr o l o f   p o wer s   Dep o s ited   to war d s   th n etwo r k .   T h is   co n tr o tech n o lo g y   is   s im p le  in   its   im p lem en tatio n   an d   its   r elativ ely   s atis f ac to r y   ef f icien cy   ( f o r   s o m ap p licatio n s ) ,   an d   th ea s o f   o p er atio n   an d   lo co s o f   th ese  co n tr o ller s   ar th m ain   r ea s o n s   f o r   its   s u cc ess   [ 7 ] .   Fu zz y   lo g ic  is   th er ef o r o n o f   th im p o r tan b r an ch es  o f   ar tific ial  in tellig en ce   am o n g   all  in tellig en t te ch n iq u es,  t h s im p lest   m eth o d   o f   co n tr o l to   b e   im p lem en ted   in   p r ac tice.   [ 8 ,   9 ] .   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.  10 ,   No .   3 Sep   201 9   :   1 6 1 3     1 6 2 7   1614   T h wo r k   p r esen te d   in   t h is   p ap er   r elate s   to   t h im p lem e n tatio n   o f   th DFI win d   tu r b i n co n tr o l   s tr ateg y   an d   th e   s u p p ly   o f   r o t o r   f r o m   PV  g e n er ato r .   T h is   s y s tem   is   co n tr o lled   b y   f o g g y   lo g ic  tech n o lo g y .   T h r eg u latio n   o f   th is   p ap e r   is   as  f o llo ws:   I n   Sectio n   2 ,   we  in tr o d u ce   t h p r o p o s ed   m ix ed   s y s tem   ( PV/ win d ) .   3 r d s ec tio n   was  d esig n ed   to   m o d el  h y b r id   s y s tem   co m p o n e n ts .   I n   Sectio n   4 ,   a   co n tr o l   s tr ateg y   is   p r esen ted .   I n   Sectio n   5 ,   th e   p r i n cip l o f   p r ec is l o g ical  c o n tr o l   is   d e s cr ib ed   an d   u s ed   in   th e   d esig n   o f   m is ty   lo g ical   co n tr o ller s .   T h p h o to v o ltaic  s y s tem   m o d el  is   ac h iev ed   in   Sectio n   VI .   I n   Sectio n   7 ,   we  d escr ib th MPPT  s tr u ctu r ap p lied   to   th e   PV  s y s tem .   T h s im u latio n   r esu l ts   an d   co n cl u s io n s   ar s u m m ar ized   in   t h last   s ec tio n s       2.   P RE S E NT AT I O O F   T H E   H YB RID  SYS T E M   ( P H O T O VO L T A I C/ W I ND)   T h h y b r i d   p o wer   s y s tem   co n tain s   two   co n v er s io n   ch ai n s .   T h f ir s ch ain   is   wi n d   p o wer   co n v er s io n   s y s tem ,   co n tain i n g   DFI co n n ec ted   d i r ec tly   to   th n etwo r k s .   T h s ec o n d   c h ain   is   p h o to v o ltaic  co n v er s io n   s y s tem .   T h p o w er   g en er ate d   b y   th DFI is   co n tr o lled   b y   t h tech n i q u o f   th f u zz y   l o g ic .   T h PV  g en er ato r   is   u s ed   to   s u p p ly   t h DFI r o to r ,   wh ile  t h r est  o f   th g en e r ated   p o wer   is   in jecte d   in to   th e   g r id .   Fig u r e   1   s h o ws th b lo ck   d iag r am   o f   th p r o p o s ed   h y b r id   p o wer   s y s tem .               Fig u r 1 .   B lo ck   d iag r am   t h h y b r id   p o wer   s y s tem       3.   M O DE L I NG   O F   T N E   CO N VE RS I O H YB R I SY ST E M   3 . 1 .       M o del o f   t he  t urbin e   T h ae r o tu r b in is   co m p o s ed   o f   th r ee   p ales  o f   len g th   R   o n   o n tr ee ,   a   tu r b in e   an d   g ea r b o x   with   a   g ain   G .   T h g en er at o r   s h af t is  m o d eled   b y   th f o llo win g   e q u atio n   [ 1 0 ] :     m e c g e m m e c d J dt f CC =                                     ( 1 )     ,, a e r a e r m e c g a e r t u r t u r G C P C C G = = =                               ( 2 )     W h er e:  J   is   th to tal  in er tia  o f   r o tatin g   p ar ts   ( k g   •  m 2 ) ;   f   is   th v is co u s   f r ictio n   co ef f icien t;  C em   is   th e   elec tr o m ag n etic  to r q u o f   th g en er ato r   ( •  m ) C g   is   th m ec h an ical  to r q u in   th o u tp u o f   th m u lt ip lier ;   C aer   is   th ae r o d y n am ic   to r q u o f   th t u r b in e;   G   is   th e   m u ltip lier   g ain Ω mec   is   g en er ato r   s p ee d Ω tur   is   t h e   s p ee d   o f   th e   tu r b in e .   I n   th wi n d   tu r b in m o d el,   th ae r o d y n am ic  p o wer   o u tp u t is g iv e n   as  f o llo ws:     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       C o n tr o l o f th p h o to elec tr ic  g en era to r   fo r   u s ed   in   feed in g   o f   th e   in d ep e n d en t…    ( Mo h a mm ed   K en d z i )   1615   ( ) 3 ; 2 a e r p C s v P  =                                                                                                                                                         ( 3 )       W h e r e   ρ  is   th ai r   d en s it y   ( K g / m 3 ) ,   v   is   t h e   wi n d   s p e e d   ( m /s ) ,   an d   C p   is   t h p o we r   c o e f fic ie n t .   T h p o we r   c o ef f icien t   C p   p r es en ts   t h e   p o r ti o n   o f   w in d   p o w e r   c a p t u r e d   b y   t h e   t u r b i n e .   I t   d ep en d s   o n   two   p a r a m et er s ,   n am el y   ti p   s p ee d   r a ti o   λ  a n d   p itc h   a n g le   o f   t h e   b la d es   β :   [ 1 1 ,   1 2 ] :     ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 0 . 1 0 . 5 0 . 0 0 1 6 7 2 s i n 0 . 0 0 1 8 4 3 2 1 8 . 5 0 . 3 2 p C   + =  −−                                     ( 4 )     W h e r e:  λ   is   t h s p ee d   r a ti o   is   d e f i n e d   as  t h r a ti o   b etw ee n   t h li n ea r   s p e e d   o f   t h b la d es  an d   t h e   wi n d   s p ee d ;   β  is   th o r ie n t ati o n   a n g le   o f   t h e   b la d es .     3 . 2 .     M o delin g   o f   DF I G   T h P ar k   m o d e o f   th m a c h i n e   is   d esc r i b e d   b y   t h e   f o ll o wi n g   e q u ati o n s   [ 1 3 ,   14] :   T h e   e le c tr ic   eq u a ti o n s :     ( ) ( ) s d s d s s d s q s s q s q s s q s d s r d r d r s r d r q r r q r q r s r q r d r d dt d dt d dt d dt vi R vi R vi R vi R       = + = + = + = + +           ( 5 )     T h f l u x   eq u ati o n s :     s sr ds dr ds s sr qs qr qs r sr dr ds dr r sr qr qs qr ii LM ii LM ii LM ii LM =+ =+ =+ =+                                    ( 6 )     T h elec tr o m ag n etic  to r q u eq u atio n :     ( ) sr e m d r q r q s d s s p M C i i L  =−                     ( 7 )     wh er e:  R s   is   th e   s tato r   r esis tan ce ,   R r   is   th e   r o t o r   r esis ta n ce ,   L s   is   th e   s tato r   in d u cta n ce ,   M sr   is   m u tu a l   in d u ctan ce ,   ϕ ds ϕ qs   a r r esp ec t iv ely   th d ir ec t   an d   q u ad r atu r f lu x es  o f   th s tato r ,   ϕ dr ,   ϕ qr   ar r esp ec tiv ely   th e   d ir ec an d   q u ad r atu r f lu x es  o f   th r o t o r ,   i ds i qs   ar r esp ec ti v ely   d ir ec a n d   q u ad r at u r s tato r   cu r r e n ts ,   i dr i qr   ar r esp ec tiv ely   d ir ec an d   q u ad r atu r r o t o r   cu r r en ts ,   p   is   n u m b er   o f   e v en   p o les,  ω r ω s   ar an g u lar   s p ee d s   r esp ec tiv ely   o f   th e   r o to r   an d   s tato r .       4.   CO NT RO L   ST R AT E G Y   T h ac tiv an d   r ea ctiv p o wer s   ar wr itten   in   th Par k   m o d el   as f o llo ws [ 1 5 ,   16 ]:     s d s d s q s q s q s d s d s q s s V i V i P Q V i V i =+ =−                      ( 8 )     B y   t h o r ie n t ati o n   o f   th s tat o r   f lu x   al o n g   t h ax is   d ,   w h a v 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.  10 ,   No .   3 Sep   201 9   :   1 6 1 3     1 6 2 7   1616     0     ,     q s d s s ==                                                 ( 9 )     an d       ,   0 q s s d s V V V ==                                 ( 1 0 )     T h ( 8 )   b ec o m es:      s qs qs qs ds s Vi P Q Vi = =                ( 1 1 )     B y   co m b i n i n g   ( 5 ,   6 ,   a n d   1 1 ) ,   ( 1 1 )   b ec o m es:     s s q r s s s s d r s ss M M Vi P L V Q Vi LL =− = +                          ( 1 2 )     B y   s u b s tit u t in g   ( 6 )   f o r   ( 5 )   a n d   u s i n g   ( 9 ) ,   th r o t o r   v o lta g ca n   b r e wr itt en   as   f o ll o ws:     dr rr d r d r r s q r qr s rr q r q r r s d r s g dt gg dt di v i L i RL di MV v i L i RL L   = + = + + +              ( 1 3 )     W h er 2 1 rs M LL =−      ;       1 s r g =−       5.   F UZ Z L O G I CO N T RO L     5 . 1 .       P rinciple o f   f uzzy   lo g ic  m et ho d   T h p r in cip le  o f   f u zz y   c o n t r o is   b ased   o n   th f o llo win g   th r ee   b lo ck s Fu zz if icatio n   o f   in p u t   v ar iab les  wh ich   ar d ef i n ed   b y   lin g u is tic  v ar iab les  ( f u zz y   s ets  o r   s u b s ets),   th en   th I n f er en ce   wh er th ese  v ar iab les  ar c o m p a r ed   with   p r ed ef in e d   s ets  to   d eter m in e   ap p r o p r iate  r esp o n s e.   An d   f i n ally   d ef u zz i f icatio n ,   to   co n v er th s u b s et  f u zz if ic atio n   in   v alu es,  u s in g   th ce n tr o id   d ef u zz if icatio n .   T h b as ic  s tr u ctu r o f   o u r   f u zz y   co n t r o ller   is   s h o wn   i n   Fig u r 2   [1 7 1 8 ] .           Fig u r 2 .   I n ter n al  s tr u ctu r o f   f u zz y   c o n tr o ller       W ith :   R ( t )   is   th r e f er en ce   s i g n al,   u ( t)   is   t h e   c o m m an d   s i g n al ,   y ( t )   is   th o u t p u t   o f   t h e   s y s te m   to   b c o n tr o ll e d .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       C o n tr o l o f th p h o to elec tr ic  g en era to r   fo r   u s ed   in   feed in g   o f   th e   in d ep e n d en t…    ( Mo h a mm ed   K en d z i )   1617   5 . 2 .     Reg ula t ing   po wer   by   f u zz y   lo g ic   T h f u zz y   co n tr o ller   is   b a s ically   non - lin ea r   s tatic  in p u t/ o u tp u p lo as  s h o in   Fig u r 3 ,   th co n tr o ller   ac tio n   ca n   b wr itten   in   th f o r m :     .. ee u k e k e = +                                 ( 1 4 )           Fig u r 3 .   Fu zz y   lo g ic  r eg u lato r     T h f u z zy   o u tp u t   is :     . u y k u =               ( 1 5 )       W h e r e:   k e   is   t h g ai n   o f   t h e   p o wer   e r r o r   ( P s   o r   Q s ) ,   k Δ e   is   t h g ai n   o f   t h v a r ia ti o n   o f   th p o wer   e r r o r   ( P s   o r   Q s ) ;   e   is   t h e   p o we r   er r o r   ( P s   o r   Q s ) ,   Δ e   is   t h e   v a r iat io n   o f   t h e   e r r o r   o f   ( P s   o r   Q s ) ,   u   is   t h e   f u z z y   o u t p u t.   T h er r o r ,   e   is   d ef in ed   b y :     _ _ ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) s s re f s s re f e k P k P k e k Q k Q k =− =−                                                 ( 1 6 )     W h e r e:   P     is   th e   r ef e r e n c s tat o r   p o we r   a cti v e ,   Q _    is   th e   r ef e r e n c e   r ea cti v e   s tat o r   p o w er ,     is   t h e   v a r i ati o n   o f   t h er r o r ,   it   is   a p p r o x im ate d   b y :     ( ) ( ) ( 1 ) e k e k e k =         ( 1 7 )     5 . 3 .     Str uct ure  a nd   a pp lica t i o n o f   a   f uzzy   a djustm en t   o f   t he  s t a t o po wer   in a   DF I G   I n   t h is   s ec t io n ,   w s u p p o s ed   t h e   f u z z y   c o n t r o lle r   wit h   f i v e   f u zz y   s u b s e ts   a n d   co n s t r u ct e d   f r o m   th f o ll o wi n g   co n d it io n   r u l e:     R u le   (   i   )   :   i f   s     is   F   i s   ,   t h e n   u f      is   F   i uf   i = 1 , …, 5     T a b le   1   s h o ws   o n o f   p o s s i b l c o n t r o r u les  b as e d   o n   f iv m e m b er s h i p   f u n ct io n s ,   w h e r e :   NB   is   n eg ati v e   b i g ,   NS   is   n eg ati v e   s m all ,   ZE   is   z er o ,   PS   is   p o s i ti v s m a ll  an d   PB   is   p o s iti v e   b ig .   T h ese   ac r o n y m s   ar l ab els  o f   f u zz y   s ets  a n d   t h e ir   c o r r es p o n d i n g   m em b e r s h i p   f u n c ti o n s   a r d ep ict e d   i n   Fi g u r 4 ,   [ 1 9 ] .   T o   c o n t r o t h s tat o r   p o we r   in   a   DF I G   we   h a v e   u s i n g   th b l o ck   d ia g r a m   o f   F ig u r e   5   s im i la r   to   t h a o f   F ig u r e   3 .       T ab le  1 . o n o f   p o s s i b l co n t r o r u les   b ase d   o n   f i v m e m b e r s h i p   f u n cti o n s   e   Δ e   NB   NS   ZE   PS   PB   NB   ZE   ZE   PB   PB   PB   NS   ZE   ZE   PS   PS   PS   ZE   PS   ZE   ZE   ZE   NS   PS   NS   NS   NS   ZE   ZE   PB   NB   NB   NB   ZE   ZE   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.  10 ,   No .   3 Sep   201 9   :   1 6 1 3     1 6 2 7   1618       Fig u r 4 .   Me m b er s h ip   f u n ctio n s   o f : ( a)   e r r o r   e;  ( b )   ch an g o f   er r o r   Δ e;  ( c)   f u n ctio n   o f   s o r ti u           Fig u r 5 .   Stru ctu r o f   f u zz y   ad ju s tm en t o f   th e   s tato r   p o wer   o f   DFI g en e r ato r       6.   M O DE L I NG   O F   T H E   P H O T O VO L T AIC  E N E RG Y   C O NVERS I O SYS T E M   T h is   s y s te m   co n s is ts   o f   a   PV   s o la r   g en e r at o r   d i r e ctl y   co n n e cte d   wit h   t h c h o p p e r   c o v e r t er   th r o u g h   a   b u s   c o n ti n u o u s   t o   f e e d   t h i n v er t er   c o n v er te r   wi th   th DC   v o lta g e ,   w h ic h   in   tu r n   f e ed s   th r o t o r   DFI wi th   th alte r n at iv v o l ta g e .   PV   m o d u le   c o n s is ts   o f   a   n u m b e r   o f   s o l ar   c ells   c o n n ec t e d   i n   s e r i es  an d   p ar all el  to   o b tai n   th e   d es ir ed   v o lt ag a n d   cu r r e n o u tp u l e v els .   As   s u n l ig h t   s t r ik es   s o l ar   ce ll ,   t h e   i n c id e n t   e n e r g y   is   c o n v e r te d   d i r e ctl y   i n t o   ele ct r ic al  en er g y .   Sin g l e - d i o d m a th em ati m o d el   is   a p p li ca b l t o   s i m u la te  s ilic o n   p h o t o v o lt aic   ce lls ,   w h i ch   c o n s is ts   o f   a   p h o to cu r r e n t   s o u r ce ,   a   n o n li n e ar   d i o d e ,   a n d   i n t er n a l   r es is ta n c es,   as   s h o w n     in   Fi g u r 6 .           Fig u r 6 .   E q u iv alen d iag r am   o f   r ea p h o to v o ltaic  ce ll [ 2 0 ]   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       C o n tr o l o f th p h o to elec tr ic  g en era to r   fo r   u s ed   in   feed in g   o f   th e   in d ep e n d en t…    ( Mo h a mm ed   K en d z i )   1619   p v p h d p I I I I =                        ( 1 8 )     ( ) 0 e x p 1 p v s pv p v s pv p v p h d p h p c e V IR V IR I I I I I m K T R   + +   = =                  ( 1 9 )     5 0 1 . 5 e x p 10 g c E I KT  =                                                                                                                        ( 2 0 )     W h e r e:   I o   is   t h e   s a tu r a ti o n   cu r r e n t   o f   t h e   u n lit   j u n ct io n ;   I c   is   t h e   cu r r e n t   o f   t h e   ce l l;   e   is   t h e   c h ar g e   o f   th e   ele ctr o n   ( 1 . 6   x 1 0 - 19 C ) K   is   B o lt zm an n ' s   c o n s t an ( 1 . 3 8   x 1 0 - 23 J   /   K ) ;   T c   is   th ju n c ti o n   te m p e r at u r e   o f   t h p h o to v o lt aic   c ell;   m   is   t h id ea li ty   f ac t o r   o f   t h e   j u n cti o n V pv   is   t h v o lta g e   a cr o s s   th ce ll R s   is   t h s er ies   r esis ta n c e;  R p   is   th s h u n r esi s to r .   E g   is   th e n er g y   o f   th f o r b id d en   b an d   f o r   s e m i co n d u cto r   m at e r ia g iv es,   E g   is   al m o s co n s t an an d   I 0   is   t h e r e f o r f u n cti o n   o f   t h e   te m p er at u r e.     6 . 1 .       M o delin g   o f   t he  ph o t o v o lt a ic  co ntinuo us   bu s   T h ev o l u t io n   o f   t h e   p h o t o v o lt aic   DC   b u s   v o lt a g e   is   g i v en   b y   t h e   f o l lo wi n g   e q u at io n :     1 pv pv c pv dt vi c =         ( 2 1 )     T h cu r r e n t   i n   th p h o t o v o l tai c   DC   b u s   co m es   f r o m   n o d e   f r o m   w h i ch   tw o   c u r r en ts   f l o w:     pv pv hac c i i i =−               ( 2 2 )     W h er e:   I cpv   is   t h c u r r e n t   o f   th e   p h o to v o lt ai co n t in u o u s   b u s ;   I hac   is   th e   c u r r e n o f   th e   ch o p p e r C pv   is   t h e   ca p ac it y   o f   th p h o t o v o l tai co n ti n u o u s   b u s .     6 . 2 .       Cho pp er   bo o s t er   T h b o o s t e r   c o n v e r te r   co n t r o l s   th e le ct r ic al  p o we r   in   DC   ci r c u its   wit h   g r e at  f l ex ib ilit y   an d   h ig h   ef f ic ie n c y .   I t   c o n s is ts   o f   c ap ac i to r s ,   i n d u cta n ce ,   an d   s wit c h es;   al l t h ese   d ev ic es  co n s u m n o   ac ti v p o we r .           Fig u r 7 .   E lect r ical  B o o s t c o n v er ter   Sch em [ 2 1 ]       Du r i n g   o p e r ati o n   o f   t h c h o p p e r ,   t h t r a n s is to r   s w itc h es   at  c o n s ta n f r e q u e n c y   fs   w it h   a   cl o s i n g   tim ( α Ts an d   a n   o p e n i n g   tim ( ( 1 - α T s . )   w h e r e:   -   T s   is   t h s w itc h i n g   p er io d   t h a t e q u als   ( 1 / f s )   -   α   t h e   c y c lic   r at io   o f   t h e   s wi t ch   ( α     [ 0 ,   1 ] ) .       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.  10 ,   No .   3 Sep   201 9   :   1 6 1 3     1 6 2 7   1620       Fig u r 8 .   Per io d s   o f   clo s in g   an d   o p en i n g   s witch .       Ap p l y i n g   K ir ch h o f f ' s   l aws   t o   t h e   s c h e m e   o f   f i g u r e   7 ,   w o b ta in   t h e   f o l lo wi n g   s y s te m s   o f   e q u at io n s   [ 2 2 ]:   Fo r   t h e   1 st   p e r i o d   α .T s   :     ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 2 1 0 20 i iL c c L LL Li t t t t dt t tt dt t L t R i dt dv i c i i dv i c i di vv = = = = = =                                                             ( 2 3 )     Fo r   t h e   2 nd   p e r i o d   (1 - α ) . T s :     ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 2 1 0 20 0 i iL c L c L LL Li t t t t dt t t t t dt t L t t R i dt dv i c i i dv i c i i di v v v = = = = = =                                           ( 2 4 )     T o   f i n d   a   v al id   d y n am i r ep r es en t ati o n   f o r   t h w h o l p e r i o d   T s ,   we   g e n e r al ly   u s e   t h e   f o l lo wi n g   ex p r ess i o n :     ( ) ( ) ( ) ( ) 1 1 s s s s s T T d x d x d x dt T T T d t d t =+                            ( 2 5 )     Ap p l y i n g   t h r e lat io n   ( 2 5 )   t o   th s y s te m s   o f   e q u ati o n s   ( 2 3 )   a n d   ( 2 4 ) ,   w e   f i n d   t h E q u at io n s   th at  g o v er n   th e   s y s te m   o v er   a n   e n ti r e   p e r i o d   ar o b t ai n e d :     ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 0 2 0 0 0 1 1 1 i s s i L s i L s s s L L s s i L L s i L L dv c T T i i T i i dt dv c T T i T i i dt L T T v R i T v v R i dt di    = + = + = +   ( 2 6 )     B y   ar r a n g i n g   t h t er m s   o f   t h p r ec ed in g   e q u at io n s ,   ( s o   t h at  w ca n   i n te r c o n n ec th B o o s wit h   th o t h er   s im u la ti o n   b l o c k s ) ,   we   o b tai n   t h e   d y n a m i m o d eli n g   o f   th B o o s co n v e r t er :     ( ) ( ) ( ) ( ) 1 0 02 0 1 1 i Li L L LL i t dt t dt L R i dt dv i i c dv i ic di v v =− =− = + +                                         ( 2 7 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       C o n tr o l o f th p h o to elec tr ic  g en era to r   fo r   u s ed   in   feed in g   o f   th e   in d ep e n d en t…    ( Mo h a mm ed   K en d z i )   1621   6 . 3 .       M o delin g   t he  cho pp er   f ilte r   f ilter   is   u s ed   to   elim in ate  th h ar m o n ics  g en er ated   b y   t h ch o p p e r .   T h ev o l u tio n   o f   th f ilter   v o ltag is   g iv en   b y   th e   f o llo wi n g   eq u atio n   [ 1 3 ] :     fhac fhac fhac fhac fhac dt di vi RL =+                                 ( 2 8 )     W h er e:  R fha c   is   th ch o p p e r   f i lt er   r esis t an ce L fha c   is   c h o p p e r   f i lte r   i n d u ct a n ce .     6 . 4 .     Cho pp er   co ntr o l   Ad ju s tin g   o f   th e   v o ltag e   ac c o r d in g   to   th d esire d   p o wer   ( r ef er en ce )   is   n ec ess ar y   to   c o n tr o t h e   en er g y   p r o d u ce d   b y   th GP p h o to v o ltaic  g en er ato r   with   m o d if icatio n   o f   th e   v ar i ab le  co n tr o o f   th e   ch o p p e r   ( p e r io d ic  r atio   α )   an d   s er v o co n t r o o f   th i f h ac   f ilte r   cu r r e n ( if h ac ) .   I n   o u r   s tu d y ,   th s witch   o f   t h co n v er ter   is   co n tr o lled   b y   Pu ls wav Mo d u latio n   L ar g ( PW M)   s ig n al,   with   f ix ed   f r eq u en c y   f s   an d   a   cy clic  r atio   α   v a r iab le.   T h e   t w o   o p er ati n g   p h as es   o f   t h e   s w it ch   S   m u s t   b e   s t u d i ed   t o   e x t r ac t h c o n tr o l   l aw   o f   th e   p h o to v o l t aic   g e n e r a to r   p o wer   o u tp u t   [ 2 3 ]:     S hac   is   cl o s e d   ( 0 <t<α T s ):     ( ) 1 fh a c fh a c p v d c fh a c fh a c dt di v v i R L =                                          ( 2 9 )       S hac   is   o p en   ( α Ts <t<T s ) :     ( ) 1 fh a c fh a c d c fh a c fh a c dt di vi R L = +                                               ( 3 0 )     T e r m   ( 2 9 )   a n d   ( 3 0 )   r e p r ese n t h e q u ati o n s   o f       th ch o p p e r   a n d   i ts   f ilt e r   f o r   p e r i o d   α Ts   a n d   ( 1 - α ) Ts   r es p e cti v e ly .   S o   we   h av e   t o   f i n d   a   v al id   a p p r o x im ate d   d y n a m ic   r e p r es en tat io n   f o r   b o t h   ti m e   s l o ts .   F o r   th is   a n d   f r o m   eq u ati o n   ( 2 5 )   we   c o n s i d e r   th at   t h e   v a r ia ti o n   o f   t h e   d y n am ic   v ar ia b l ( i f hac )   is   o f   lin ea r   f o r m ,   s o   t h e   d e r i v a ti v o f   t h e   d y n a m i v a r i ab l ( i f hac )   ca n   b e   d e f i n e d   a cc o r d i n g   t o   e q u ati o n   ( 2 5 )   o v e r   t h tw o   t im p e r i o d s   α Ts   an d   ( 1 - α ) Ts :         ( ) ( ) ( ) ( ) 1 1 s s fh a c fh a c fh a c s s s T T dt d i d i d i T T T d t d t =+                 ( 3 1 )     B y   r ep la ci n g   ( 2 9 )   an d   ( 3 0 )   b y   th e ir   v al u e   i n   r e lati o n   ( 3 1 )   w e   o b tai n   th e   e q u at io n   t h at   g o v er n s   t h e   s y s t em   o n   t h e   en t ir p er i o d :     ( ) 1 fh a c fh a c p v d c fh a c fh a c dt di v v i R L =                    ( 3 2 )       T h co n t r o l   la is   g i v e n   b y   t h f o ll o wi n g   ex p r ess io n   a n d   d es cr i p t e d   i n   Fi g u r 9 :     fh a c d c pv vv v + =                                    ( 3 3 )       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.  10 ,   No .   3 Sep   201 9   :   1 6 1 3     1 6 2 7   1622       Fig u r 9 .   C h o p p er   c o n tr o l.       7.   ST RUC T UR E   O F   T H E   M P P T   CO M M A ND  B T H E   M E T H O O F   DIS T U R B ANC E   AND  O B SE RVAT I O «   P   & O   »   T h "P  &   O"  d is tu r b an ce   an d   o b s er v atio n   m eth o d   is   wid ely   u s ed   ap p r o ac h   in   th s ea r ch   f o r   Ma x im u m   Po wer   Po i n T r ac k in g   ( MPPT)   b ec au s it  is   s im p le  an d   r e q u ir es  o n ly   v o ltag an d   c u r r e n m ea s u r em en ts   o f   th p h o t o v o ltaic  p an els  v p v   an d     ip v   r esp ec tiv ely .   I t   ca n   b u s ed   to   d ed u ce   th e   p o i n o f   m ax im u m   p o wer   ev e n   d u r in g   v ar iatio n s   in   illu m in atio n   an d   tem p er atu r e.     7 . 1   Ref er ence   curr ent   ca lcula t io n by   pro g ra m   o f   t he  M P P T   co m ma nd   Sev er al  alg o r ith m s   h av b ee n   p r o p o s ed   f o r   th r ea lizatio n   o f   th MPPT  co m m an d   f o r   th at  we  h av ch o s en   th f o llo win g   p r o g r am :     %   Sim p l MP "p er tu r b   a n d   o b s e r v e"   t r a c k i n g   a lg o r it h m   % u s in g   B o o s t   DC - DC   i n p u t   c u r r en I r e f   as t h co n t r o l   v ar ia b le   %   Po l d ,   I r e f   an d   I n c r em en ar e   i n iti ali ze d   i n   I n iti ali ze   MPPt r a ck I r e f . m   % I n p u t:   p o w er   P   t o   b e   m a x i m ize d   % O u t p u t:  r ef er en ce   c u r r e n t   f u n cti o n   y   =   f cn ( P p v )     g l o b al   P o l d ;   g l o b al   I r ef ;   g l o b al   I n cr em en t;     I r ef 5 ;   u p p e r   lim it   f o r   t h r e f e r e n c c u r r e n t   I r ef L   =   0 ; %   l o we r   li m it   f o r   th r e f e r e n c c u r r e n t   Delt aI   =   0 . 0 2 ;   r e f e r e n ce   c u r r e n t   i n c r e m e n t   P =   Pp v   if   ( P   <   P o l d )   I n c r e m e n t   =   - I n c r e m e n t;   %   c h an g e   d i r ec ti o n   i f   d e cr ea s ed   en d   % i n c r e m e n t   c u r r en r e f e r en ce   I r ef = I r ef +I n cr em en t* Del ta I ;   % c h e ck   f o r   u p p e r   li m it   if   ( I r e f   I r e f H)     I r e f   =   I r e f H;   E n d   % c h e ck   f o r   l o we r   li m it   if   ( I r e f   I r e f L )   I r ef   =   I r ef L ;   E n d   % sa v e   p o w e r   v a lu e   Po l d   P ;   % o u t p u t   c u r r en r e f e r e n ce   y   I r e f ;       8.   SI M UL A T I O N S AN R E S UL T S   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.