In te r n ation a l Jou rn al  o f Po we r  Elec tron ic s an d   D r ive S y stem  (IJ PED S )  V o l.  10, N o.  1, Mar ch 20 19,  p p.  548~ 5 6 1   IS S N : 2088- 86 94,  D O I :   10.11 59 1 /ij ped s . v10 . i 1.pp 5 48- 56 1           548     Jou rn a l  h o me pa ge :  ht tp: //i a e score . com / j o u r na l s / i n d e x . p hp/IJ PED S   C r itical evaluation of soft co m puting m e thods f o r maxim u m  power point trac king algorit hms of phot ovoltaic systems       N o raz l an  Hash i m 1 , Zain a l   S a lam 2   1 F acult y of Electri cal E ng in e e ri n g , Un i vers i t i   Tek n o lo gi   M ARA,  M alays i a   2 S c hoo l of Electri cal E ng in e e ri n g , F aculty  o f  En g i n eering ,  U ni ve rsiti Teknologi  Malaysia, Malay sia       Art i cl e In fo     ABSTRACT A r tic le hist o r y :   R e c e i v e d  Jun  12 ,  2 0 18  Re vise d N ov  29,  201 8   A c c e pte d   D ec 16,  2 0 1 8       With   t he  p ro l i f e rati on   o f  n u m e rou s   s o f t  co m puti ng  (S C)– b ased  m a ximum   po wer  po int  tra c ki ng   ( M P P T )  alg o rith ms  f or  p h o to vo lt aic  (P V )   s y stems ,   det e rm in i n g   wh i c h  al gori t hm   p erf o rm s  b e tt er  t han   oth e rs  i s  beco min g   in creasin gl y  d i fficu lt.   T h is  i s   p r im aril y  du e  t o   t h e   a b s en ce  o f   s tand ardi zed   me tho d s   t o  be n c hm a r k  th e i r  pe rfo r ma nc e s   u sin g   c o n s iste nt  a n d   sy stem ati c   p r oc e d ure s .  More ov e r ,  th e   m o d u le   t e c h no log y ,  po we r  r a ting s,  a n d   environment a l  c o nditions   r eport e d  by  n umer ous  publ ications  a l l   diff er.   Based   on   t h e se  c o n cern s ,  t h i s   p aper  p resen t s  a  crit ical  e val u ati o n   o f  t h e   f i v e   m o s t   im p o rt a n t  and  recent   S C -bas ed   M P P Ts,  n a m e ly,   gen e ti c  alg o ri thm  (G A ) ,   cuck oo   s ear ch   ( CS ),  p arti cle  s w ar m   opt i mizati o n  (PSO) ,   d i f f e ren ti a l   evo l u t i on  (DE),  and   evol utio nary   p rogr am mi ng  (E P) .  To  p erform   a  f a i r   com p ariso n ,  th e  i n iti a li za t i o n ,  selecti o n ,   a n d   s t o p p in g  crit e r i a  f o r  al l  m e tho d s  are  f i x e d  in   s imil ar  c on diti on s .   T h u s,  t h e   p erf o rm ance  is  d et er m i n e d  by   i t s   resp ectiv e  repro d u c tio n  p r oces s.  S imul a tion  tes t s  are  perf ormed  u s i n g   t h e   M A TLAB/ S I MULINK  en vi ronm e n t.   T h e   p erf o rman ce  of   each  a l gorith m   is  com p are d   a n d   e v a lu ated  b as ed   o n  its   s peed   o f   conv ergen c e,  a c c ur ac y,  com p lexity ,  and  su ccess   rate.  The  res u lt s  i n d i ca t e   t hat   EP   a p p e ars   to  b e  th e   m o st  p romisi ng  an d  encou r agi n g   S C   a l g o r it hm  t o   be  u s e d  in  M PPT  f o r  a  PV  sy st e m   u n d er t he  m ultim od al  p arti al s had i ng  con d i t i on.  K eyw ord s :   CS   DE  EP  GA   MPP T   Pa rti a l sha d in g   PSO   S o ft   c om p u t i n g ( S C)   Co pyri gh t © 2 019 In stit u t e  of Advanced  En gi neeri n g  an d  S c ien ce.   All  rights   res e rv ed.  Corres pon d i n g  Au th or:   Nora zlan  H ash i m,  F a cult y o f   E l e c t rica l   En gine erin g,    U n i v ersi ti   T e k no l o g i   M A R A ,  404 5 0  S hah  A l a m ,   Mala ysia .  Em ail:  azla n 4 4 7 7 @ sa la m. uit m .edu. my  /  az l an4 4 7 7 @ yah o o .c om       1.   I N TR OD U C TI O N   Ma xim u m  p o w er  poi nt  t r acki n g  ( M P P T)   i s  a   co n t rol   a l g o r ithm   em be d d e d   i nside   a  D C –D C  p o w e r   con v er t e r  t o   e x t ra ct  t he   m ax i m um   power  f r o m   a  ph o t o v o ltaic   ( PV)   a rr ay.  The  ob jec t ive   is   t o  e n s u re  t h a t  t h e   pow er   t o  be   e x t ra cte d   a l w a y s  ma tches  t h e  pe ak  v a l ue   o f  t h e   pow e r-vo lta ge   ( P-V)   c ha rac t e r istic  c urve   u nder  varying  solar  irradiati on  (G )  an d   tem p era t ure  (T) .   T he   i de a   o f   th e   t r ac ki ng   i s  to   l o c k  t h e   c o nv e r t e r  o p e rat i n g  vo lta ge  a nd  c u rre nt  t o  the   m a ximum   po w e r  poi n t   ( M P P )   o f  t h e   P V   ar ray.   T he  M P P ,   w h en  i n  a   norm a l  un iform   i r rad i a n c e   c o n d i ti on,   e xh i b i t s   a   un iq ue  p e a k   of  t he   P -V   c u r v e .  The   t r ac kin g   h as  t o  b e   a cco mp l i sh ed  rapi dl y t o  e nsur e t h a t   t he pow e r  is  n o t  los t  d uri n g   the   c h a n ges  i n G   an d  T. In a d d iti o n , the  M PP T  m u st   b e able  to  c orr ectl y   l o cate  the   MPP  dur in g   the   occ u rrenc e  of  p ar t i al  s h ad i n g—a   con d i t i o n  i n   w hic h   a   port i o n   o f  the   PV  a r r ay   i s  sh ad ed   w h i l e   o t h e r   p a r t s   r emai n  uni fo rml y   i rrad i a t e d.  D ur i n g  pa rt ia l  sh a d i ng,   t he  P -V   c urve   exh i bi t s   m ult i p l e   p ea ks,   th u s   t r a ns form in g   t h e  pro b lem   from   s i n gle   m oda l  t o   m u lti m odal,  t ha t  i s ,   w i th   m u l t i p l e  m a x i m a   p o i n t s .  T h u s ,   t h e   p r o b l e m  b e c o m e s   m u c h  m o r e   c o m plica t e d   a s  the   MP PT  a l gor it hm   n eed s   to co n t i n uo u s l y  tra ck  t he  con ti n u o u s  varia t i ons o f  sever a l  pe ak s that changes  wi th  G  an d   T .  D e spite   a   l a r g e   num ber  of  c on v e nti ona l  MP P T   a lgor ithm s   p u b lis he d   in  l i t era t u r e  [1] - [5],   only   sever a l  m e t h o d s  a r e  w i de l y   i m p lem e n t ed,  n a me ly,  the  pe rtur b  an d   o bserv e   ( P & O),  incr em ental  c o nd uc ta n c e   (IC),  a nd  hill  c l i m b ing  (HC)   m ethods .   These  algorit h m s   a re  b as e d  on   c he ck in g  t h e   slo p e  of  t he   c urve   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst     I S S N :   2088- 86 94       Cri t i c a l  eva lu at ion  o f  so ft  c o mp ut ing  met hod s fo r m a xi mum p o w e r  poi nt  t r a c k i ng  …   (No r azlan  Ha shim)   54 9 peri od ica l l y   t o   ensure   t hat  the   pea k   i s  d e tec t ed  ( w h e n   t he  s l o p e  is  z ero).   Ge nera l l y,  i t  o p er ates  s a tis fa c t or i l y   un der  the   u n i form   i rra di a n ce   c o n d iti o n ,  t h a t   i s,   w he n  the   P - V   c urve   h a s   a   u n i que   p e a k .  H o w e ve r,   dur in g   part ial  sha d in g ,   t he  a l g orith m   c a nno t  loca te   t he  c orre ct  M P P   b e ca use   the  pro b l em   h as  t r a ns form ed   t o  a   mult imo d a l ,   and  i t   c a n not  d iffe ren tia te  b e t w e en  t he   l oc al   a nd  g l oba l  pe a k s.   T his  is  i n e vi ta bl e  bec a u se  t he   nat u re   o f  t h e s e   al gor it hms  is  b a s e d   o n  th e   pea k   d e t ec ti on   p r i nc i p l e ,  th a t   i s,  w h e n  it   l o cat e s   a   p e r ce i v ed  ma ximum   po i n t,  it  loc k s  i t se lf  w it hi n  the  vic i nit y   o f  t h a t   poi n t.  I f  t h e  p eak  i s  l o cal,   s ubs t a n t ia l   loss   o f  PV  pow er   r e s ul ts.  To  a d d r e ss  t h is  p ro blem ,  a   soft  c om pu t i n g   ( S C )   M PP T  is  p r o p o se d.  S in ce  the  S C   a l g o r it hm  s e a r c h e s   f o r  a l l  t h e  p e a k s  o v e r   t h e   e n t i r e  P - V   c u r v e ,   f i n d i n g  t he   g l oba l   M P P   is  v ery   l i ke ly.   T h e   a u th ors  in     [ 1 ]-[ 3 ],  [ 5 ] -[ 16]  h av e   don e   e x t e ns iv e  rev i e w s   o n   t h e  ap pli c a t io n  of  S C   fo r  MPP T ;  the s e   i n cl u d e  fuzz y   lo g i c  con t ro l l er  ( FLC),   ar t i fic i a l   n eura l   netw ork   (A NN),   p arti cle   swa rm   o p t imiz a tio n  (PSO ),   g ene t ic   a l gor it h m   (G A) ,  differe n t ia l   e v o l uti on  ( D E),  ant  c o l o ny  o p tim i z a t i o n  (A CO ),   B ayesia n  fusio n   ( BF ),   c uc ko o  s e a r ch   (C S) , an d   c h aot i c se arc h  (C h S).  With  t he  p r o lif e ration  o f  S C -bas ed  M P P T  tech n i q u es  ( a nd  t h e i r  v a r iat i o n s) ,  determ i n i ng  w h ich   alg o ri t h m  is  m or e  effec tive   tha n   o the r s  is  d iffi c u l t   a s  no  p r o p e r   e va l u a t i o n  t o   c r i t i ca l l — p rim a ril y   b eca use  o f   t h e  fa ct  t h a t   no  t w o   me t h od s  are  co mp are d   f ai rly ,   n o r   a re  t he y   verifie d  in d e pen d e n t l y . Th is is bec a u se in m o st   pu b l i s he d  w o rks,  t he  m o d u l e   t e c h no log y ,   expe r i me nt a l   s e t up,   p ow e r   r at ing s ,  a n d   envi ron m e n t  c ondi ti o n s  (par t i c u la rly   t h e  va ria t ions  i n   G   and  T)  i n  w h ic h  the  P V   s ys tem   s e t u p   w as   s u b j ect ed   t o  are   a l l   d i f f e re n t .  In   add i tio n,  the  p artia l sha d in g e xper i m e nts th a t  ha v e bee n  car rie d o u t are   ne ver un ique .  Th is raises q u e s ti ons on  the  le gi t i ma cy   o f  the  c l a i ms  a s  di ffere n t   s h ad i ng  pa tter n s  resu lt   y   a ss e s s   th e i r  p e rfo rma n ce s  exi s ts.  Th e   aut h ors’  c laim s  on the  s u pe ri o r ity  o f  the i r   ow n  t e ch n i q u es a re  unjus t i fia b le  i n  di ffere n t M P P T  effic ienc ie s.   Wit h   r egar d  to  t he se   c onc er ns,  th is  p ape r   a i m s  t o   p ro vi d e   a   s ta nd a r di zed   p ro c e d u re   t o   crit i c al ly  eva l ua t e   t he  p e r form ance s  of  v ar ious   S C  M P P T   t ec hn ique s.   T hre e   we ll-e s t a blis hed   m e t h o d s   ar e  co ns i d ere d ,   nam e ly,  P S O,  G A,  a nd  D E ,   a l on g   w i th   t w o   r e c e n tl y   prop ose d   a l g or i t hm s,  c uck oo  se arc h   ( CS )  and  evo l ut iona r y   p r ogram ming  (EP ) .  A ltho u gh  ther e  ex is t   sev e ral  com para ti ve  s t u di e s   a mo ng  G A ,   D E,   a nd  P S O,  the y   o n l y  offe r  ge nera l   rev i e w s  w i th ou t  a n y  e v a l ua t i on  o n   t heir   r espec t i v e  perfor m a n ces.   Eac h   a lg ori t hm  i s   assessed  i n   t e r m s   o f  a ccur acy,   spee d,   c om pl e x i t y,   a n d   s ucce ss  r at e  of  c o nverg e n ce.   T wo  s t a tist i c a l   proce dures— n am ely,  t he  m ean  a bs o l u t e  error   ( M A E )  and  stan da rd  d e v i a t i o n  ( S T D ) — a r e  u s e d   f o r   benc hm ar kin g .   In  a dd i t i o n ,   t h e   rela tive  c o mple x i t y   o f  t h e  alg o r i t h m  is  d e t e r mine d  b y   m ea suri ng   t he   a vera ge   CP U   t i m e   t a k e n   f or  eac h  i t era tio n.   T he   p ro pos ed  e va lua t i on  w i l l   a ssist  t he  r e s e a rc hers  a nd  prac t i t i o n e r s  i n   selec t i n g the  b e st a lgor it hm  to de sig n  t heir  MP P T appl ica tio ns.       2.   OVE RVIEW  O F S C -BASED  M PPT  S o f t  c o m p u t i n g  ( S C )   i s  a  c o l l e c t i o n   o f  f l e x i b l e ,  a d a p t a b l e ,   a n d   i n t el l i ge n t   p r o bl e m - s olv i ng  me tho d s   to  e x p lo it  t h e   t o ler a nce   for  i m pre c isi on  t o   a c h i e ve  t rac t a b il it y,  r ob us tne ss,  a nd  l o w - cos t   s o l u t i ons  [ 17 ] .   I n   gene ra l,  S C  ca n  be   c l a ssifie d   i nt o  tw o  broa d  ca t e gorie s,  s in gle -po i nt   a nd   p opu l a t i o n - bas e d   sea r c h .  Fo r  th e  form er ,  the   alg o ri thm  scans  t h e   so lut i ons  i n   the  w hole   sea r ch  s pa ce  o f   t h e   p rob l em   ( in  t he  c a s e   for   t h e  P V   syste m ,   the  se a r ch  s pa ce  i s   t he   e n tire  P - V  c u rve)   u s i n g   one   a ge nt   a t  a   time .   O n  the   ot her  h a nd,  f or  t he   po p u l a tio n-ba se d  sea r ch  t y p e,   t he  a l gor it hm  o pe ra te s  on  se vera l   a gen t s  (i n  par a lle l)  w it hin  the   se arc h   s pace .   Th e   l a t t er  i s  un iqu e   b ec au se  t h e se   s i m pl e  a g ent s   c oop e r at e   a n d   in t e ra c t   w i t h  o n e  a n o t he r  t o   a cco m p lis h   com p le x  task s.  T o  da te ,  the  re por ted  S C -ba s e d   M P P T  alg o ri t h m s   u se d  t o   s ol ve   p art i a l   s ha di ng  pr o b le ms  a re  show n  i n   F i g u r e  1.  S ome  of  t he  i m p ortan t   f e a t u re s  of  t h e se  m eth o d s  h a ve   b ee n  desc ribe d   brie fly  i n   t he  in t r od uc ti on.   I n  t h is  p aper ,  on l y   p o p u l a t ion- base d  a l g o r ithm s   w i ll  be   d i s cuss ed  g ive n   t he ir  s u p e r i o rity  i n   so l v i ng m u l tim oda l o p t i miza t i on  pr ob l e ms.       -  F L C -  A N N -  B F -  C h S - P S O - A C O -   BCO - C S - G A - D E - E P S o f t  C o m pu t i ng   ( SC ) P o p u la ti o n - B a s e d S ear ch   A l g o r i t h m S i ng l e   P o i nt   S e ar ch   A l g o r i t h m     F i gure   1.  R e p o r ted S C -based  M P P T   a lgori t h ms use d to so l ve pa r t i al sh a d i ng pr o b le m    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st, Vol. 10,  N o.  1, Mar c h 2 0 1 9   :     54 8 –  56 1   55 0 2 . 1 .    G e nera lized pro c es ses    The   w a y  i n   w hic h   t he  p o p u l ati on- base d  S C   o p timize s   t he   s ol ut i o n   c a n   b e   ge ner a l i z e d  i n t o   t hre e   ma jor  pr ocesse s,   n a m e l y,   i ni ti a l iza t ion,   r e p ro duc t i o n ,  a n d   se l e ct i on.  I n   the   i n it ial i za t i o n   s t e p,   t he i nit i a l  pa r ent   f o r  th e   pop ul a t ion   si ze   w i t h   n   c an di d a t e s   is  g en e r a t ed .  In  r ep r od uct i on,   t he   o f f s p ri ng  a r e  cr eated  f r o m  the  selec t e d   p are n ts  t hrou g h   a   u ni q u el y  form u l ated   e q u a t i o n,  a cc ord i n g  t o   t he   S C  ty pe.   F i nal l y ,  t h e  se lec t ion   st a g e  i s   t he  d i s c r imi n a t ory  p r ocess  t o   c h oose   t h e  i n d i vid u a l s  t o  sur v ive   for  t h e   nex t   g e n era tio n.  T he  repr od uct i on  a nd se l e ct i on pr oce sses a r e  repe ated  iter a t i ve ly  u n til a   pr espe cifie d  stop p i n g   c r iterio n  is m e t.     2.2.    I n itializ a t i o n   I n   t he  c o n te x t   o f  MP P T ,  the te rm   pop u l at i on  is  r efe rre d   t o   t he  pow er   c on v e rter’ s   ( norm a lly   D C–D C )   du ty  c yc le  ( D ) ,   w h i l e  t h e  o p t i ma l  s o lu t i o n   i s  t h e   ma x i m u m   PV   a r ra y ’ s  ou tpu t   powe r   ( P PV ).  A   s mal l   po p u l a tio n  s i z e   leads  to  p o o r  so lu tio ns ;   o n   t he   o the r   h a n d,  a   l arge   p op u l at io n  i n c r ea se s  t h e  com p uta t i on  t i me .  H e nc e,  a   t rade -off  i s  ne e d e d   t o  a c h ieve  c r e di b l e   so l u t i on s   w i th   a   r ea so na ble  num ber   o f   i tera tio ns.  V a r i o u s  me tho d s  t o   c h oos e  p o p u l a t i o n  s i z e   a r e   r ec o m m e nde d  in  [ 1 8 ,   19] ;   in   t h i s  st udy ,  th e   pop ula t ion   si z e   w a s   s et   t o   5  bec a use   i t   w a s   f ou n d   ( b y   t rial   a nd  error )   t o  prod uce   t h e  bes t   r e s ul ts.  In   m o s t   case s ,  th e  v a l u e s   a tt ache d   t o  the   in it ia l  pop ula t io n  (D initi al )  a r e  ge ne rated   ra nd oml y .  H o w e ver,   r andom ness  pro duc es  d i ffe re n t  results  on  succe ssi ve  r un s,  e ven  if  t h o s e   r uns  w e r e  in it ia l i z e d  i d e n t i c a l l y.   T o  e l im ina t e   t h i s   u ncer t a in ty,  th e   c o n t ro lle d  in itia l i za ti o n   m e t hod   i s   pre f er red.   F or   n   p op ula t i on,  t he   i n i ti a l i z a t i o n  w ith  u ni form l y   d istr ib u t ed   e le me nts   w ithi n   t he  i nter val  0   D    1  i s  give n b y   t he  fo l low i ng :     1 1 n n ..... 1 n 2 1 n 1 D initial             (1 )     S o   a t  t h e  be g i n n in g  o f   t he   s e a r c h ,  five  d iffere nt   v a l ue s  o f   D   w i t h   ac co rd an c e   t o   (1 )  a r e  u s ed   t o   fi nd  the be st   v a l ue  o f P PV .    2.3.   Rep roduct i o n   Re pr o d uc t i o n   i s  the  m o s t   c rucia l   s te p  as  i t   d i ffere n tia t e s  the   ab il ity  o f  th e   alg o ri thm  t o   p ro duc e  th e   n e xt   p opu l a ti on   g e n e r at i o n .   T h e   f i r s t   s e l e c t e d   po pul a tion   i s   c a l l e d  t h e  p a r e n t   ( D init ial ) ;  t h e  s e c o n d  a n d   sub s e q ue nt  p opu la ti o n   ( af t e r  go ing  t h ro ug h  t h e  repr o d u c tio n)  i s   c a lled  the  o f fs pri n g   ( D Ne w ).   S wa r m -based  alg o ri t h ms  ( P S O ,   A CO,  a nd  CS )  ar e  ba se d  on  the   soc i a l   b eha v i o r  o f   i nse c ts  o r  a n im al.  The y   u til ize  s p e c ific  repr od uct i on  o p era t or s  suc h   a s  pa rtic l e   v e l oc it y  (for  P S O )  and  L é v y   f lig ht   ( fo r   C S )  t o   c r e at e  D Ne w .  On  t he  ot her  ha n d ,  evo l uti onar y -ba s ed  a lg ori t hm s  (EP,   D E,   a nd  G A )   g en e rate  D Ne w  t h r o u g h  n a t u r a l  g e n e t i c s   evo l ut ion.   T h e y  use  ge ne tic   oper a t o rs  s uc h  a s   c ross o v e r   ( also  c al le d  rec o mbi n a t io n)  a nd  mu tat i o n .   T he  crosso ver   e x c h ange s  som e   p a r t s   o f  tw o  ind i vi d u al s,  w hile   t he   m u tat i on  op e r a t or  c ha n g e s  the  va lue  o f   t he  rand om ly c hos e n  in d i v i du al.     2.4.   S ele c tion   S e lec t i o n  is  t h e   p roce ss   t o  d i sc rimina t e   ( is ola t e )   t he  b est   i n d ivi d ual s   f or  t he   n e x t   ge ner a t i o n   ( D Ne w ).   I t   i s   b a s e d   o n  t h e  f u l f i l l m e n t  o f   c r i t e r i a  s e t  b y   t h e   f i t n e s s   f u n c t i on.   T he   s e l ec tio n  sh oul d be  c h o se n  suc h   t ha t  it   con v er ges  t o   t he   g l oba l  o p t i m um   s olu t ion  (i.e .,   P PV _ B e s t )  w i t h o u t   h a v in g   t o   s acr if i c e  to o  m u ch  c on ve rgenc e   spee d.  The re exi st  se l ec t i o n  s c h em es pr opos e d  i n li t e rat u re ; th e mos t  c o m m on a r e rou l et te  whe el, t o u r n am ent,   rank in g,  a n d   s tead y  sta t e   sel ecti o n.  A   c om prehe n si ve   a n a ly sis  o f  a l l  t h ese  sc hem e s  ha s  bee n   r ep o r ted  in     [2 0],   [21] .  In  t hi s  w o rk,   t h e  ra n k i ng  se l e c t io n  sc he me   i s  c h os e n  g i ve n  it s  simp lic i t y   a nd,   a t  the  sa me   time ,   yie l ds  g oo d re sults.  The  b a s i c   e qua t i o n   f or  t h i s sc hem e  is gi ve n  b y  t he  f o l low i ng :     D Ne w = D Ne w    D Ne w  D Ol d D Ol d              (2 )     2.5.   Stop p in g cr i t eri on   The   st o p p i ng   c riteri on   i s  t h e   term ina t i ng  c o n d i t i on   t ha t  h a lt s  the   a l gor it hm .  It  o c c u rs  w he n   o n e  or  mo re  p re sc ri b e d   c o ndi tio ns a r e  me t .   Th e   mo st  co m mo nl y   use d  s to p p i n g  cr i te r i a a r e  the fo l l owi n g:   a.   G e ne rati o n   N u m be r  —  A   thr e shol d  val u e  i s   s e t .   T h e  al g o ri thm  s t o ps  t he  itera ti o n   a ft e r   car rying   o u t   a   ce rtai n num ber   of iter a t i o n s.   b.   Bes t   F i t ne ss  T hr esh o l d   —  Th is  s t ops   t h e   ite rat i o n   w he n  the   m a x i mu m   val u e  of  o bjec tiv e  f u nct i o n   (P PV _ B e s t )   is less tha n  the set value  ( P P V _S pe c i fi e d ).  c.   P opu la ti o n   C o nver g e n ce  —  Th is  s t o ps  t he   i t e rat i on  w h e n   t he  d iff er en ce   b e t w e e n   t h e   m axim um  a nd   m i nim u m  va lu es of all i n d i v i dua l s   ( D Ne w )  in  the  pop ula t i o n   is less  t h a n  t he  pr e scribe d t o le ranc e.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst     I S S N :   2088- 86 94       Cri t i c a l  eva lu at ion  o f  so ft  c o mp ut ing  met hod s fo r m a xi mum p o w e r  poi nt  t r a c k i ng  …   (No r azlan  Ha shim)   55 1 d.   F itne ss  C o nver g e n ce   —   T h i s st ops the itera ti on  w h e n   t he d i ffe re nc e be tw e e n t h e  m a x i m u m and minim u m   val u es  o f ob jec t i v e  func t i o n  (P PV )  for  all i n d i vi dua ls ( D New )   i s   l e ss tha n  t he   p resc ribed t o l e ra nce .   I n   t hi s  s t u dy,   t he  f i t n ess  c o n v e rge n c e ,   t h a t  i s ,   t he  P V   p o w e r   ( P PV ) ,  is   c h o s e n  a s   t h e   s t o p p i n g  c r i t e r i o n   bec a u s e  i t   g i v es  b et ter   r e sul t s  tha n   t he  o t h ers.  T his  te ll s  the   a lgor it hm   t o  s t op  se arc h ing  for   the   op ti m u m   sol u tion  ( P PV _B est ) w h en the  fi t ness of  a l l  ind i v i dua l s  ar e  q u i te cl o se t o o n e an o t her,   t ha t i s ,   w ith i n  t he  r an ge o f  1 W. Sm a ller  t o ler a nce s  re s ult in   g rea t e r  sim ul a tio n  acc urac y b u t ,  i n   g e n er al,  l o w e r c onve rge n ce  spee d.       3.   SELECT E D   SC ALGORITHM S  Ea ch  s e l e c t e d   S C  alg o ri thm  has  i t s  ow n  r e pro duc t i o n   o pe r a tor  pa r a m e t e r :  c r o s s o v e r  c o n s t a n t  ( C R )   and   muta tio n  r a te  ( F )   f or  G A   and   D E ,  sea r ch  s te p  (  o r   β )  f o r  C S   a n d   E P ,   a n d   a c c e l e r a t i o n  c o n s t a n t s   ( C 1   a nd  C 2 )  for  P S O.  T he  m a i n   co ns eque nce   o f   t he   o pe rat o r  i s   t h e   s te p  siz e;  i f  t h e  st e p   s i z e  is  l arg e ,  th e   sea r c h   i s  rapi d,   b ut   t he  t a r gete d  gl o b al   p eak   m ay  b e  m i sse d.  O n  the   o t he r   h an d ,   i f   t h e  st ep  s i z e   i s   t o o   s ma ll ,  th e   se arc h   w o u l d  be   v er y   lo n g ;   m o s t   p r o b a b l y,   t h e   i rradia n c e   h as  c ha nge d  t o  a  ne w   val u e   be for e   t he   g l o bal  p e a k   i s   succe ssfu lly   t ra cked.   In   p r a c t ice,   t rial-and-err or  t uning  deter m i nes  the   pa r a m e ters’   valu es  t ha t  yie l d  t h e  be st   op tim ize d   r esu l t s   ( P PV _ B e s t ) .   T he   o p t i m iza t i o n  is  p e rform ed  b e f ore   t h e  e x ec uti o n   of  t he  a l g o r i t h m ,  a n d  t h e s e   val u es  a r e   f ixe d   t hro u g h o u t   t he  r u n .   H o w e ve r,  c hoosi n g  the  ri g h t  pa ram e te r  i s   o fte n   tim e-c onsum i n g ;   t h e   norm a l  pr oce d ure   is  t o  se t  t h e  p a ram e t e r  va lue  a nd  the n   o b s e r ve   t h e   r esul t s .   F u r t h e rm ore,   b e cause   r a n d o m   f u n c t i o n s   e x i s t   i n  t h e  r e p r o d u c t i o n   f o r m u l a ,  t h e  s e a r c h   r e s u l t   of   e a c h   met hod   v a r i e s  at   e ach   i t e ra tion .  To  addre s s  th is,  t h e  simu la t i o n   w as  r un  w i t h   100  tria ls,   and   th e   r esu l ts  a re   a vera ged.   T he  b es t  val u es   o f  t h e   repr od uct i on  p a ram e ter s   f or  each  a l gor ithm   ar e  tabu la ted  i n   T ab le s  1- 5.  F or  c onsis t e nc y,  e ac h  S C   a lg ori t hm  is  i mp lem e nte d   b ased  o n the  p r op ose d  be n c h ma rk m etho d o l o g y  as  d i s c u ss e d  in t h e  prev i ous sec t i o n .     3.1.    Gen e t i c alg o r i th m ( G A )   G A   i s  an  o p t i m iza t i o n  a l gor i t hm   i n s p i r e d  by  na tur a l  ge n e t i c   e v o l u ti on  a nd  se lec t i o n.  T o  pro d u ce   a   new   o f fspri n g,  G A   use s   t w o   m ain   ge ne tic   o pe rat o rs,   na m e ly,   cr os s o v e r   a n d   m u ta ti on.   T he  r e p r o du c t i o n   opera to r   of  t he G A   algori t hm  u se d in  t h i s pa per  can  b e  d e scribe d  as follows  [ 22]-[24]:  a.   S e le ct  t w o   c a n d i date s  from   the  pa ren t   p op u l at ion  ( P ar ent 1   a nd  P a r en t 2 )  a t   r a ndom;   t h e y   m u s t  b e   mutua l ly d i ffe r e nt  f rom   e ach  o the r .  b.   A p p l y  a  s i n g l e - po in t   cross o v e r  and  m u ta tio n  o p e r at or  t o  yie l d  a n  offspr ing  pop ula t io n  ac cord in g  t o   t he   f o ll o w i ng:    Of fs p r i n g 1 =α ∙P a r ent 1 + 1-α ∙P a r ent 2 Of fs p r i n g 2 = 1-α ∙P ar e n t 1 +α ∙P a r ent 2 Of fs p r i n g 3- 5 =± β+ P a ren t 3- 5                          ( 3 )     wher e    i s  the  c r ossove r  ra t e   a nd    i s  t h e   m u ta t i on  r a te.  The   va lues  o f  th e   G A   r epr o duc tio n  par a m e ters  u sed   in t h i s  stud y  are   tabu la te d  i n   T ab le  1 .      Ta ble   1.  G A  para me t e rs  Pa r a m e t e rs  V a l ue s   P opula t i o n   s i ze ,   N P   5  C r ossove r   ra t e ,     [ ±  0 .8 ]  M u t a ti o n   r a te ,    [ ±  0. 05]   M a x i m u m   ge ne r a t i o n s ,   G m a x   2 5       3.2.    Particle  s war m   o p t i m i z ati o n   ( P S O )  P S O  a t te mp ts  t o  m i m i c   t h e  so cial   b eha v ior  o f   f l o ck i n g   bi r d s  whe n  se arc h ing   for   f o od .   In   P S O ,  ea ch   in div i dua l  of  t he  p o t en t i a l   s o l u t i on,  c a lle d  a  par tic l e ,  flie s  a r ou nd  in  a   m u l tid im ens i o n a l   s ea rch  spac e,  l o o k i ng   f o r  t h e   op ti ma l   so l u t i on   b as e d   o n   it s  o w n   an d  it s  n e i ghb ors’  e x pe rie n ce s.   T he   r epro duc ti o n   oper a tor  o f   t he   P S O  a l gor ithm   used  i n  th i s   p a p er  c a n  be  descr i be d a s   f ol l o w s   [ 2 5]- [ 2 9 ]:   a.   D e term ine  t h e   pa rtic l e ’s be s t  kn ow n p o s iti o n ,  P best , a nd the   popu la ti on’s b e st   k now n pos i t i o n,  G bes t .  b.   Ca l c u l a t e   the  p a re nt ve l oc i t y t o  yie l d   a n of fs pri n g   p o p u l a tio n  acc ord i ng  t o  the  f o llow i n g :     Vel i+1 =K∙ Vel i +C 1 ∙ra n d P be st i -Pa r e n t i +C 2 ∙r a n d G be sti -Pa r ent i  O ffspr ing i+ 1 =P ar ent i +Ve l i+ 1                                                                                          (4 )     w h e r e   K   i s  t h e  i n e r t i a  w e i g h t  a n d   C 1   a nd  C 2   i s  t h e  acc e l er a tio n  c ons t a nt .   The   P S O   p a ra me t e rs  u sed  in  t his  stud y  are   tabu l a ted  i n  Tab le  2 .  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st, Vol. 10,  N o.  1, Mar c h 2 0 1 9   :     54 8 –  56 1   55 2 Tabl e 2 .  P SO  p ara m e t ers   P a ra m e te rs   Va lu e s Popula tion  Siz e ,   NP   5   Ac ce l e r a tion  C ons ta nts,  C 1 =C 2  1 . 5   I n e r t i a   we i ght,   W  0. 5  Ma xi m u m   G e n e r a tions,   G ma x  2 5       3.3.   D i f fer e n t ia l   ev olu t ion   (D E)  D E   i s  a  simp le  e v o lu t i o n a r y  al g o ri thm  u s i n g   s i m ilar   ope rat o r- l i ke   G A s   s uch  a s   c r o ss o v e r   a n d   m u t a t i o n .  T h e  m a i n   d i f f e r e n c e  i s   t h a t  G A   r e l i e s  p r i m a r i l y  o n   c r oss over,   w hile   D E  relies  o n   m uta t io n   opera tio n.   D E  cre a tes  an  o f f s p ri ng  b y   c omb i n i ng  t h e  pare nt  i nd i vi d u al  a nd   s e v er al  o th er   i n d iv id ua ls  o f  t h e   sam e   p o p u la t i o n.   I n   t h is  p a p er ,  the  “ D E/ra nd- t o - b e s t / 1/ b i n” sc h e m e   h a s  b een  sel ect ed   b ec au se  o f  it s   go od  perform ance   f or  t he   c a s e  un der   st udy.   D E’s  reprod uc ti on  o p e r at o r  c a n  be   d escr i b e d   a s  foll ow s    10],  [30],   [31] :  a.   S e le ct th e   p o pula tio n’s be s t   k now n in d i v i du al,   G best .  b.   S e le ct  t w o   c a n d i date s  from   the  pa ren t   p op u l at ion  ( P ar ent 1   a nd  P a r en t 2 )  a t   r a ndom;   t h e y   m u s t  b e   mutua l ly d i ffe r e nt  f rom   e ach  o the r .  c.   A p p l y  m u ta ti o n   a n d   c ross ov er  opera to r s   t o   pr od uce  t h e  tr i a l   i n d iv id ua l  and  offs prin g  a c c o r d i n g  t o   t h e   f o ll o w i ng:    Tr i a l i =P ar ent i   +   F· G be s t ‐Pa r e n t i   +   F· Pa r e n t 1 ‐P ar ent 2 Offspring i = Tr i a l i ,   if rand   <   CR Pa ren t i ,   otherwise                                                                              (5 )     w h er e  F   is  t he  m utat ion  ra t e   a nd  CR  i s   t he  m uta t io n  rate.   T h e  D E  para me te rs  u se d  i n   t his   stu dy  a r e  ta bu late d   in Ta b le  3.       Table  3. D E   par a m e ters   P a ra m e te rs   Va lue s Popula tion  Si ze ,   N P   5   C r ossove r  Ra t e ,   C R   0 . 9   Muta tion Ra te, F  0 .7  Ma xim u m   G e n e r a tions,   G m a x   25       3.4.   C u c k oo s e arch  (C S )  CS   i s  in sp ire d   by  t h e   o b l i ga te   b roo d   p ara s i t i s m  of  s om e  spe c ie s   o f  a   b i rd  f am ily  c a lle d  cuc k o o   i n   com b i n a t i o n  w i t h   t he   L é v y  fl i ght  b eha v i o r   o f   s om e  b i rds  a nd  fru i t  flie s .  The   c o nce p t  o f   C S  is  s im ilar   to  P S O   (usi ng  par tic l e s),  but   t he  s te p  sizes  i n  CS   a re   c hara cteriz ed  b y  t h e  rand om   w a l k   ba se d  o n   L év y  f l i g ht.   Ma them at ica l l y ,  Lé vy  fl i g h t   h a s   m ovem e n t   l en gt hs  c h o se n  from  a   proba bi l ity  d is tri but i on  w i th  a   pow er -law   tai l ,    ~  1  3 ,  w h e r e  x   is  t he  s te p  le ngt h  a nd    i s  th e   var i a n ce.   T he  r eproduc ti on   oper a tor  o f   the  CS   a lgori t h m  can  b e  d e scribe d  as  f o llow s   [ 12],   [32]- [ 3 4 ] :   a.   S e le ct th e   p o pula tio n’s be s t   k now n in d i v i du al,   G best .  b.   A p p l y  a  Lév y  fl i g h t s  oper a tor to y ie ld  a n  of fs pri ng p o p u l a tio n  a c c o r di ng  to   t h e   fol l o wing :    i =   β· α·r a n dn/abs r a ndn 1 1.5 ·(P a r e nt i ‐G be s t ) O ffspr ing i =P ar ent i + i ·   i 0,1            (6 )     wher e   is the  Lév y  coef f icie nt a nd   is t h e  sc al in g   fa c t or. The C S  p a r am eter s use d  in t h is st u dy a r e ta b u la te d  in Ta b le  4.       Ta b l e   4.  CS   param e te rs  P a ra m e te rs   Valu es P opula t i on  Siz e ,   NP  5   L e v y   c o e f f i ci en t ,      0. 7  S c a ling  fac t or ,     0. 0 1   Ma xi m u m   Ge n e r a t i ons,   G m a x   25     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst     I S S N :   2088- 86 94       Cri t i c a l  eva lu at ion  o f  so ft  c o mp ut ing  met hod s fo r m a xi mum p o w e r  poi nt  t r a c k i ng  …   (No r azlan  Ha shim)   55 3 3.5.   Evo lu tio n ary p r ogr am min g  ( EP)   EP   i s  a   sea r ch  a l g ori t h m   d e s igne d  to  s i m ulate d   e vo l u tio n  tha t   i t e rat i ve l y   g e n era t e s   i ncre as i ngl y   appr opr i a t e   s ol ut i ons.   It  w as  f irst  p rop o se d  a s   a n  al ter n a t i v e   a p p r o a c h   t o   cl assi c  art i fi c i al   i nt el li g e n c e  (AI)  in  com p u t e r s.  E P   has  the  a dva n t a g e  of  u s i n g   a   m ut a t i on- on l y   r epr o d uc t i on  o p er at or  a nd  c a n   e a s i l y  be  d es ig ne d   for  a d a p t i ng  th e  par a m e ter s   o f  the   m u tat i on  ope ra tor  d u rin g   t he   r epr o d u c tio n  proc ess.  I n  t h is  p a p er,   classica l   E P ,   w h i c h   u s e s  a  G a u s s i a n  d i s t r i b u t i o n   f u n c t i o n  f o r  u p d a t i n g   t h e  of fspr i ng,  h as  b e e n  s e le ct ed  b ec aus e   o f  i t s   ea se   o f  use   a n d  pro v i d es  c o m pa rati vel y   g o o d   resu lt s.   T he   r eprod uc tio n  oper a tor  of  t he   E P   a l gor ithm   ca n  be   descr i be d a s   f o l l o w s   [ 3 5 -3 9]:   A p p l y  muta t i o n oper a tor to y i e ld  a n o ffspri n g po p u la t i o n   a cc ord in g t o  the   f ol low i ng :     i =β ∙ ( P PV i /P PV ma x ) O ffspr ing i =P a r e n t i + i ∙   i 0,1              ( 7 )     wher e   is the  scal in g fac t or.   A ll EP  p a r am e t er s  used i n  thi s  stu dy a r e  t a b u l a te d in Ta b le  5.      Tab l e 5.  EP   pa ram e ter s   P a ra m e te rs   Valu es P opula t i on S i z e ,   NP  5   S c a ling  fac t or ,   β   0 . 0 1   M u ta t i on  Te c hnique   G a ussia n [±  ]  M a x i m u m   G e ne r a ti o n s ,   G m a x  25       4.   BENCHMARKING M E THODOLOGY FOR  S C-BAS E D  MPPT  To  e va l u ate  t h e  per f orm a nce s   o f  differ en t  S C   M P P T  alg o ri thms  f a irl y ,  a  stan dar d i z e d   e va lua t i on  proce s s  is  r eq u i re d.  U nfor t u n a t e ly,   this  p roc e s s  is  a bsen t  in   p re v i ou s  lit e r at u r e;   t h u s,  t h e   p erf o rman c e s   o f   t h e  MP P T   a lgori t h ms  a re   not  v e r ifie d  in de pe nde n t l y .  M o r e over ,   t he   m od ul e   tec h n o l o gy ,  pow er   r a ting s ,  an d   env i ro nm en t  c o n d it i o n s  in  w h ic h t h e  e x peri m e nts  w e re set  up ar e   a ll  d iffe rent. In add iti on,   t he part i al sha din g   expe r i me n t s   c a r r i e d   o ut   a r e   n e v er  u ni q u e.   T hi s  ra i s e s   q u e s tio ns   on  t h e  le gi tim acy  o f  th e  cla i m s   a s  d i ffe r en t   sha d i n g  pa t t e r ns  r esul t  i n   d iffe rent  M P P T  e f f i c i e n c i es.   With  t h ese  c oncer ns,   t h is  p a p e r   a ttem p t s   t o  pr o pose   a  me tho dol o gy  to  b e n c h m a r k   t he  S C  M P P T   a lg ori t h ms  b as ed  o n  a   s i mp l e   f l o w   d i agra m   show n  in  F i gure  2 .   Be ca use   of  t he ir  r e cent   p o p u l arit y,  f i v e  d i ffe re nt   a lgor it hm s  a re   c ho sen,  n a m e l y,   d iffe ren t ial   ev o l u tio n  ( D E) ,   evo l ut iona r y   p rogra m m i ng   ( EP ),   c uc k oo  s ear ch  ( CS ),  p artic le  s w a rm   o pt imiz a t i o n   (P S O ),   a nd  gene t i c   a l go rith m ( G A ) .      St a r t In i t i a l i z a t i o n (  C o n t ro l l e d / F i x   )        R e pr oduct i on (   M u t a t i on , C r o s s o v e r ,  L e vy  F l i g ht,   P ar t i cl e  V e l o ci t y   ) Se l e c t i o n (   R a nki n g   ) S t op pi n g   C r i t e r i on (I f   P PV m a x -P PV mi n  <   1 W ) St o p Ye s No     F i gure  2.  T he be n c h m a rk  m etho do l o g y  f or po p u la t i o n - b as ed  S C a l g orit h m s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st, Vol. 10,  N o.  1, Mar c h 2 0 1 9   :     54 8 –  56 1   55 4 4.1.    Prob le m for m u l ati o n   F o r  consi s te nc y,  t h e   i n i ti a liz a tio n,   s e l e c t i on,   a nd  s t op p i n g   c r iter i a   a r e  fixe d  at t he   s a m e   c ond it i ons  a s  di sc usse d  i n   t h e   p revi ou s  se ct io n.  T hu s,  t he   p erforma n ce   o f  e a c h  a l gor it h m   i s  t e st e d   b a s ed  o n  i t s  ow n  un i q u e   me taph or  i n  th e   reprodu c t i o n   st a g e.   F urther more ,  benc hma r ki ng  t he   p e rfor m a n ce  of  M P P T  usi ng  t h e  norm a l   i rrad i a n c e   (u nif o rm)  co n d i t i on   i s  not   a d e quat e   a s  t h e  re su lt i n g  P - V  c u r v e  i s   s i n g l e  m o d a l  ( i . e . ,   w i t h  o n l y   o n e   un ique   p e a k),   a n d   w ith   s uc h   a   sim p l e   c o n d iti o n ,  al l  MP P T s  are   a b l e  to  c o nve r g e  to  t he  p ea k  ve ry  q uic k ly.   A s   a  result,  c lear l y   d iffer e n tia t i n g   t h e   pe rform a n c es of the  al g o r ithm   is di f f i c u lt.    A   m o re  c ha ll eng i ng   s it ua tion   is  t o  s u b j ect  t he   P V   sys t em   t o  p a r t i a l   s h a d i ng   c on di t i on .  Th e  phe n o m e na  a re  d ue   t o  the   s h a dow s  from   c l o u d s,  n e i gh b o rin g   b u i l d ings,  trees,  c himneys,   t o w ers,  e tc. ,   w here  ce rtai n  part s  o f   t he  P V  arr a y  ar e  shade d   w h ile  o t h er s  rec e i v e  u n i form   i rradia nce.   D uri n g  par tia l  s h ad i ng,  t he  sha d ed  m o d u le s  e x perien c e   a   l arge   a m o un t  of  r u s h  c u rr ent s ,   re su l t i ng  i n   e xc ess i ve  h ea t   (ho t   s p o t )  t h a t   m ay  ca use   perm ane n t   dam a ge.   T o   r e l ie ve   t h e   s tress  o n   t he  s ha de d   mod u l es,   by pass   d iode s  are   fi tt e d   acr oss  t h em   [1 5].   H o w e ve r,  m ulti ple   pea k s  in  t he  P -V   c urve  a re  t he n  c r e a ted .   Conse q ue n tly,  the   pr o b lem   is  t ra ns fo rm ed   from   s in g l e   moda l   to  m u ltim oda l.  T h i s  co n d i t i o n   pose s   a   s erio us   c ha l l en ge   t o  a n y  M P PT  t e c h n i q u e  be c a use   of  t he  d iffic u lt y to d is t i n g u is h the  g l oba l   fro m  the  l oca l   p e a k s.       5.   PV S YS T E M M O D E L I NG  The  t w o- di ode   PV  c el l  m odel  [ 4 0 ]-[42],  depict e d   i n  F i gure  3 ,  is   u t i l i z e d   f or  s im u l a t i on.  I t   is  c hose n   bec a u s e  of  i t s   s up erior  a ccur a cy,   pa rtic u l arl y   a t  a  low  irr a dia nce   l e ve l.  T he  o ut p u t   c u rrent  o f  t h e  ce ll  is  g i v en   by t h e  fol l ow i n g:     I = I PV -I o1 ex p V+ I R s a 1 V T1 -1 -I o2 exp V+ IR s a 2 V T2 -1 - V+ I R s IR p            (8 )     Whe r e  I o1   a nd  I o2   a r e   t he  r ev e r se  s a t u r at i on  curr ents  o f  d i ode s  1  (D 1 )   and  2  (D 2 ),   r e s p e ct iv el y ,   V T1   and  V T2   a re   t he   t herm al vol tag e s  of t he  r espe c t i v e   d i o d es,  and  a 1  a n d  a 2  r e p r e s e n t  t h e  d i o d e  i d e a l i t y c o n s t a n t s .   The  I o2   t e r m   in ( 9) c ompe nsa t es the  r ec ombi nat i on l o ss i n  t he  d ep le t i o n  regi o n ,  as  d escribe d   i n [41].           F i gure   3.  A  Tw o - d io de  m od el of  P V   c e l l      F o r a string with  N  n u m b er  o f  modu les  in  s e r i e s ( N ce ll ) , ( 9)  can be ext e nded  to the   fo ll ow in g:     I I  I  e x p   1 I  exp   1               (9 )     The   simu la t i o n s   m ode l   of  t he   P V  syst e m   w as  b ase d   o n  a  MA TLA B / S i m u li nk  s i mu la to r  devel o pe d   in   [ 4 3 ].   T he   a rra y is   s imu l a t e d  us i n g  the  BP   MS X - 60  m o du l e . Its  spec i f i c a t i ons a t   t h e   sta ndar d  tes t  c o n d i t i o n s   (S TC)  a r e show n  i n   T ab le  6 .      Ta b l e 6.  Elec t rical pa r am ete r s   of  M SX-60  mod u l e  at S TC  Par a met e r s   Va lue s Pa r a met e rs Value s   Ma xim u m   Powe r  (P ma x )   6 0   W   T e m p e r at u r e  c o ef f i ci e n t   o f   V oc   -(80± 10)  m V / 0 C  Volta g e  at   Pmax (V mpp )   17. 1  V  Tem p e r a t ure   c o e f f i c i e n t  of I sc   -(0. 065±0. 0 1 5 )   %   /   0 C  Cu r r e n t   at P max   ( I mp p )   3. 5  A  Tem p e r a t ure   c o e f f i c i e n t  of powe r   - ( 0 . 5 ±0. 0 5 )   %   /   0 C  O p e n  c i r c u it  volt a ge   ( V oc )  21. 1  V  N O C T   47±2  0 C  Short  c i r c uit c u rrent  ( I sc )  3. 8  A  O p e r a t i ng  T e m p e r a t ur e   25  0 C      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst     I S S N :   2088- 86 94       Cri t i c a l  eva lu at ion  o f  so ft  c o mp ut ing  met hod s fo r m a xi mum p o w e r  poi nt  t r a c k i ng  …   (No r azlan  Ha shim)   55 5 Fo r  si mp li ci ty ,  o n ly   a   s t a nd -al o n e   s y s t e m  w i th   a   D C – D C   b oo st   c o nv ert e r  l o ad   i s   c o n s i d e r ed .  Th e  c i r c u i t   i s  s h o w n  i n   F i g u r e   4 .  I t   c o n s i s t s  o f   f i v e  m o d u l e s   in   a   se ri es ,  c o nn ec t e d  t o   t h e   c onv e r t e r  wi th   t h e   M P P T   con t ro l l er.   The  syste m   n ee d  not  b e  e x t e n d e d  t o   a   g rid-t i ed  one   be ca us e  the  o b j ec ti v e   i s  to   e va lua t e   the  perform ance   o f  the   MPPT ,  whic h  i s   o n   the   D C   s ide.  T he  o p t imum   v a l u e   o f   t h e  ci rc u i t  co mp on en ts  u se d   i n   th i s   s tu d y   a re   d isc u ss e d   i n  d e ta il  in  [ 4 4 ].   T he  c o nve r t er- s w itc hi n g   f r e q u e ncy  ( s)  i s   20  k H z.  M e a n w hi l e ,  th e   in duc t o r   ( L )  is  s et  t o  1  mH ,   t h e   f i l t er   c a p ac it or  ( C 1  a n d   C 2 )  v a l u e  i s   4 7  μF,   a n d  the   l o a d   r esis tor  ( R )   is   2 0 0   .  A ll t h e MP P T  alg ori t hm s a r e   code d  us ing  th e   M-file.   The   inp u t   v aria bl e s   a r e  G  a nd  T.          F i gure  4. The  sim u l a t i on m o d e l of sta n d -a lo ne  P V system       The   g o a l  o f  the   op t i m i za ti o n  is   to  t r a c k  t he  M P P   as  fas t as   pos sibl e  and   wi th   t h e  h ighest  c ons i stenc y .  In te r m s   o f  o b j e ctive   func tio n   form ul a t i o n,  that g o a l   can  b e   de scribe d  as  t he  fo l low i ng :     N n PVn PVn I V f 1 max              ( 1 0 )     The   ob jec tive ( f i t n ess) func t i on ( ) i s  t he o ut pu t p o w e r   of t h e  P V ,  w hile   N  i s t h e nu mb er o f  modu l e s.   Var i ab l e s  V PV  a n d   I PV   a re   t he   P V   arr a y’s  ou tp u t   v o lta g e   a n d   c urre nt ,   re sp e c ti ve l y .  D ur i n g  in i t i a liz a tio n,   f i v e   di ffe re nt  v al ue s  of  d uty  c y c l e   ( D 1  t o   D 5 )  are  gener a te d  w i th  a c c orda nce  t o   ( 2).   Ea ch  o f  the s e  d u t y   c yc l es  w ill  be  s e n t  to   t he  P WM  b loc k   t o   ge ner a te  a   P W M   s w i tc hi n g   w a vefor m   t o   t h e  MOSF ET  at  a   s a m pl i n g   r a te  o f  0.1   s  [4 4].   Then  t h e   M P P T  block   w ill  ca lc ula t e   the  PV   pow er  b a s e d   o n  the  s e ns in g  P V   a rray  v o lta ge  ( V PV )  a nd  curr ent ( I PV ).  The  sam e  proce s s  w i l l   b e  r e pea t ed fo r  each  iteration.      6.   RESULT S   A N D  ANALY S IS   I n   t h i s  s t ud y,  t he   a rra y  in   F ig ure  5  is  p artia l l y   s h ade d   w it h  f i v e  di ffe r en t   v a l u es  o f   i r ra d i an ce   pat t erns,   a s   d e s cribe d   i n   Ta bl e  7.  B eca use   o f   t h e   o pera tio n   of  t h e   b ypa ss  d i o de,   t h e   s t e p   w ave f orm   I-V   c urv e   show n  in  F ig u r e  6  is  c r e a t ed.   F i gu r e   7   s ho w s   t he  r es ul t i n g   P -V   cur v e.  B es i d e s   t he  g loba l   pea k   ( MP P ) ,   the   curve   e x h i b i ts  f our   o t h er   l oca l   p ea ks.   The   MP P   volta ge   a nd  c u rr e n t  ar e  loc a t e d   a t  5 1 . 4 7 9   V   a nd  2.1 81  A ,   respe c t i ve l y , w hile  t he m axim um  pow er  ( i.e., the  f i n a l  fit nes s   va lue )   t o  be a chie ve d is 1 12. 27 8  W.    The   perfor m a n ce  of  eac h  SC-base d   M P P T  a l g o ri t h m  is  e va lua t e d   b a se d  o n   s e v era l   c ri teria,   n am ely ,   spee d,   a cc urac y,   c om ple x it y,  a n d   s ucce ss  ra te  o f  c o nver g e n ce.   T he   overall  r e s u lt s   of   eac h  perform ance  c r i t e r i o n  a r e  t a b u l a t e d  i n   T a b l e   8 .  A l s o ,  t h e  r a n k i n g   o f   e a c h  c ri ter i a   i s   i nd i c a t ed   b y  su bsc r i p t  ( i n  bra c k et)  numbe r i n   T ab le 8.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st, Vol. 10,  N o.  1, Mar c h 2 0 1 9   :     54 8 –  56 1   55 6   F i gure   5.  F ive   P V  m odul e s  co nne c t e d  in  se ri es un d e r  pa r ti a l  sha de d   co n d i t i o n  g i ve n i n  Ta b le  7       Tab l e   7.  I rr adiance   for sha d i n g pa t e r n   M o dul e  A   (G A )  B   (G B )  C   (G C )  D   (G D )  E   (G E )  Irra dia n ce    (  G =   1. 0 =   1000  W/ m 2  )  0. 2  0. 4  0. 6  0. 8  1. 0      St ar t I n it ia l i z a t io n (  C o n t ro l l ed / F i x   )           R epr oduc t i on (   M u t a t i o n ,   C r o s s ove r ,   L ev y  Fl i ght ,   Pa r t i c l e   V e l oci t y  ) Se l e c t i o n (  R a n k in g   ) S t o p pi n g   C r i t e r i on (I f   P PV m a x -P PV m i n  <   1 W ) St o p Ye s No 0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100 120 [   P =   6 4 . 20 2, V =   93. 074   ] [  P =   1 04. 191, V =   7 2 . 46 5  ] [   P=   112. 278 , V =   51. 479  ] [  P=   9 0. 7 26, V =   3 1 . 38 5  ] [  P =   4 3. 4 84, V =   12. 538   ] Vo l t a g e   ( V ) P o w er  (W ) P V   C u r v e   ( P a r t ia l  S h a d in g ) 0 20 40 60 80 100 0 0. 5 1 1. 5 2 2. 5 3 3. 5 4 [   I =   0 . 6 9 , V =   9 3. 07 4  ] [   I =  1 .4 3 8 ,V =   7 2 . 4 6 5  ] [   I =  2 .1 8 1 , V =   5 1 .4 7 9  ] [   I =  2 .8 9 1 ,V =   3 1 .3 8 5  ] [   I =   3 . 4 6 8 , V =   12. 53 8  ] Vo l t a g e   ( V ) Cur r e n t   ( A) I V   C u r v e   ( P a r t ia l  S h a d in g )     F i gure  6.  P -V & I-V  cha rac t erist i c s  u nder   pa r t ia l  sha d e d  c o n d i t i o n gi ve n  in  T ab le  7       6.1.   Sp eed of con v erge n c e   The   spe e d   o f  con v er ge nce   i s   t he  numbe r  o f   i tera tio ns  r eq uire d  b y  t h e  al gor ithm   to  r ea ch  t he   f in al   fi t n ess  va l u e .  Be c a u se o f the i r  sto c ha st ic na t ure,   t he   a l gori t h m s  pr o d u ce  di ffe r e nt r es u l ts  at eac h  r u n.   T h i s   c a n   be  obser ve d  by   t he  v a r iat i on   i n  t h e   t r ajec tor i e s   p r o duc ed  b y   ev er y  ru n,  a s  show n  i n   F igu r es  7 – 11.   T here fore ,  tak i ng   a   c o n c l us io n  from   a   s in g l e  ru n  w o u l d  no t   be   a   f air  re pre se nt a tio n  of  t he  a l gor i t h m ’s  p er form ance .  T o   overc ome   th is  a mbig u ity,   e a c h   M PP T  m e th od  is  e xec u t e d   for  1 0 0   r uns,  and  the   r e su lts   a re   a vera ged  as  i n  F i g u r e   1 2 .  T h e  i t e r a t i o n  l i m i t   a t  e a c h   r u n   i s  s e t   a t   1 5  s i n c e  m ost  o f   t he  m etho ds  c o nve rge  t o   t he  s ol u tio n  i n   less t h an  t h i s p r e s cribed  v a l ue .     As  can  b e  see n ,   EP   i s  t h e  fastes t  a l g o ri th m  to  r e ach  M PP  (P PV m a x )  conver g e n ce .  I n   a ve rage ,  it  requ ire s   6   iter a tio ns.   Mor e o v er,   it s  c onve r g enc e   t raje c t ories  a re   l es s  sc attere d  a s   c om pare d  to  o ther s;  G A   requ ire s   8 ,   w h ile   C S ,   P S O ,  and  D E   c on ve rge   to  M P P   a fte r   10  iter a tio ns.   The   rapi d  c o n v e rge n ce  o f   E P   is  d ue  to  t he   s imple  G a ussia n   d i s trib u t ed  r a n d o m  num bers  i n  g e nera tin g   a n  offs pri ng,  a s  de scribe d   b y   ( 8).   The   rand om   numbe r s   a re  g ener ated  b y  t h e  co ntr o lle d  sc a l i n g   fa c t or  ( i ).  A s  t h e   itera t i on incre a s es  a nd  the   trac ked   pow er   a ppr oac h es  M P P ,  i   w il l  decr ease   as  s how n  i n   F ig u r e  13.   A s  a   r e sul t ,   the  s t e p   s i z e  w i ll  dec r ea se   a nd   th us  p reve n t   u nnece ssa r y se arc h ing  w i t h i n  t he  a re a  w h ere the  gl ob al  M PP d o e s no t   e x i s t .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst     I S S N :   2088- 86 94       Cri t i c a l  eva lu at ion  o f  so ft  c o mp ut ing  met hod s fo r m a xi mum p o w e r  poi nt  t r a c k i ng  …   (No r azlan  Ha shim)   55 7 Av e r a g e d   Bes t   F it ne s s   Co n v erg en ce Av er a g e  Co n v erg ed   a t   8   i t era t i o n Div e r g ed   A v er a g e d   B es t   F i t n es s   C o nv er g e n c e A v er a g e   Co n v er g e d   at  10   i t e r at i o n Div e rg ed   F i g u r e   7 . Co n v e rge n ce  trajec t o r y  of  trac ked  be st  f itn e s s   (M PP )   f o r  G A   F i g u r e   8 . Co n v e rge n ce  trajec t o ry of  trac ked  be st  fitn ess ( M PP) f o r  CS      A v er a g e d   B es t  Fi tn e s s   Co nv e r g e nc e A v er a g e  C o n v er g e d   at   1 0   i t e r at i o n Di v e r g ed   Av er a g ed  B es t   F i t n e s s   C o nv e r g e nc e Av er a g e  Co n v er g e d   at  10   i t e r at i o n D i v erged   F i g u r e   9 . Co n v e rge n ce  trajec t o r y  of  trac ked  be st  fitn ess ( M PP) f o r  PSO   F i gure   1 0 .  Con v e r ge nc e tra j ec tor y   o f tra c ke d  bes t   fi tne s s  ( M P P )  f o r   D E       Av er a g e d   B es t   F i t n e s s   C o n v erg en ce Av era g e  Co nv er g e d  a t   6   it e r a t i o n Al l  Co n v erg e d     F i gure   1 1 .  Con v e r ge nc e tra j ec tor y   o f tra c ke d  bes t   fi tne s s   ( M P P )  for   E P   F i gure  1 2 . A v e rage d c o n v e r ge nc e  t r ajec tor y   o f  tr acke d  best f i t n ess ( M PP) for  ALL  algori t hm s      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.