Int ern at i onal  Journ al of  P ower E le ctr on i cs a n d  Drive  S ystem s   ( IJ PEDS )   Vo l.   12 ,  No.   2 ,  Jun  2021 ,  pp.  116 2 ~ 117 6   IS S N:  20 88 - 8694 ,  DOI: 10 .11 591/ ij peds . v12.i 2 . pp 116 2 - 117 6       1162       Journ al h om e page :  http: // ij pe ds .i aescore.c om   Controll er desi gn fo r PV expe rimental b ench wit h ADRC  strategy  super vised by  Labview  cr eated i nterfa ce       Naoufel  K ha l di 1 , You sse f  B arradi 2 ,  K ha li da  Z azi 3 ,  Ma li ka  Z azi 4   1 Ene rgy and  Sus ta in abl e   Deve lop me nt   Resea r ch T ea m ,   High   Scho ol  of Te chnol og y,   Ibn   Zohr  Un iv ersit y,   Guel mi m ,   Morocc o   2,3,4 El e ct ri ca l   En gine er ing  Dep artme nt   in  N at ion al School   of   Arts  a nd  Craf ts ( ENSA M),  Mohamme d  V Unive rsity ,   Raba t ,   Morocc o       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   Feb   20 ,  2021   Re vised  A pr   3 ,  20 21   Accepte d  Apr   15 , 20 21       The   conve r te r   c ontrol   sch eme  p l ays  an   im po rta n t   role  in   th e   per f orma nc e  of   ma xim u m   powe r  poin t   tracki ng   (MP PT)  al gori t hms.  In   thi s   work,   a   mod el  has  bee n   an al ys ed,   d esigne d   an d  simul at edon   Pow er  Simul at or   software   and   in  Matl ab   Sim uli nk. A  har dwa re  im pl emen tati on  using  a  microc ontro ll er   (Arduino  Mega   2560  base d   on   ATme ga2560)   i s  provide d ,   that   oper at eson   fee dba ck  fro m  a   PV   pane l  vol ta g e  and curre n t  to   cont rol the   oper a ti on  of  DC - DC   conve r te r   i n  orde r   to  dr a w  ma x im um   po wer.   N ewa ctive   disturb anc e   rej e ct ion   con tro l  (AD RC)  al gor it hm  is  req u ired  to  ext ra ct  the  ma x im um   power  of  the   s ola r  en erg y.   Th is  MP PT  cont roll er  inc orpor ates  a  boost   topol ogy  that  en suresa  two   con tinuous   batter y   in   seri es  (12V,   5A h)  ch arg ing   in  var ious  conditions.   The  whol e  of  the  result s   show s  in  one  h a nd  that  th e  conve rt er  eff i ci e ncy  is   ver y   sati s fac tory ,   and  in  t he  oth er  h and   a   ver y   good   agr eeme nt  b et w ee n  th e  result s  s im ulated  and  th ose  expe ri me nt a l  in  te r ms  of  per forma n ce.  Th e  proposed  sys tem  is  designe d  in   Proteus,   and  implemente d   on  har dwar e  w it h  a  gr aphica l   user  int er face   built  througho ut  L abview  software .   Ke yw or d s :   AD RC  st rateg y    Ardu i no  bo a rd    Boo st c onve rte r    Lab view    M PP T   This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  BY - SA   l ic ense .     Corres pond in g  Aut h or :   Kh al di N a oufe l    Energ y  a nd S ust ai nab le   Dev e lop me nt Resea rch Team   High Sc hool  of  Tech nolo gy   Ibn  Z ohr  Univ ersit y,   8100 0,   Gu el mim , M orocco   Emai l:   n.kh al di @u iz .ac. ma       1.   INTROD U CTION   In  De ma nd  f or  el ect rical   e ne rgy  has   re ma rk a bly  inc reas ed  duri ng  the   recent   yea rs   w it h  gr ow i ng  popula ti on   a nd  industrial   pro gr ess  [1].   Si nc e  long  ti me  ag o,   f os sil   f uels  hav e  se r ved   as   the  major  s ou rce  of   gen e rati ng  el ec tric al   energy.  Howe ver   So la r   PV   base d  ap pl ic at ion s  are  ge ner al ly  most   pe rtinent  to  distr ibu te d  gen e rati on  i n  l ocati ons  w her e   the   gr id   is   una vaila ble  or  unr el ia ble,  al so  t he   gl ob al   instal l ed  ca pacit y  for   s olar  PV   is   inc resea d  es pecial ly by   China , I ndia   a nd  U nited   Stat es   [ 2] .  H owe ve r,   t he  ke y  to   t he  s uccess  o f   a pp l ying  small   PV  e nergy  s ys te ms   is  a  simple,   lo w   cost  a nd  high - performa nce   c onve rter.   S o,   a   bo os t  c onver t er  is  desig ne d  that  i t  pro vid es  an   ou t pu t  of  24V  DC ,  w hich  is  t he  batte ry  in put.  T he  t ran s fe r  of   e ne rgy  res ulti ng  from  photov oltai c  conversi on  remains   relat iv el y  wea k.   T he r efore,  man y  tra ckin g  c on tr ol  s trat egies  ha ve  been  pro po se d  i n  e xi sti ng   li te ratures,  s uch  as  pe r tur b  a nd  obse r ve  [3],   f uzzy  log ic   [ 4] ,   par as it e  capaci ta nce ,  an d  oth e r  m et hods  [ 5 ] - [ 6].  Some   of  t hem   are   e ve n  im plement ed.  I n  t his  paper,  t he  r ole  of  M PP T  st rateg y  is  to   at ta in  the  M P P  of   t he  P V  pa nel  eve n  wit h  va riat ion   of   the  at mo s pheri c  conditi ons.  The  desig ned   sy ste m   con t ro ls   the   duty   c ycle  of  t he   co nverter   a nd  e nsure   the   ope ning   an d  the  cl os in g  of   the   M osfe t   usi ng  a   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694         Con tr oller desi gn for  PV ex pe riment al b e nc h w it h  AD RC st r ategy su pervis ed by  …   ( Na ou fe l K ha ldi )   1163   desig ne d  dri ve r  w hich   deliv e r  a   high   pulse   with   mod ulati on  ( PWM )  frequ e nc y  [ 7].  The   cu rr e nt   a nd  th e  vo lt age  n e ede d as i np uts for t he  c on t ro ll er  ar e obtai ned th rough  a  d e sig ned cu rr e nt and  vo lt age sen s ors.   The   syst em  w as  desig ned  by  Prote us ,   sim ul at ed  by   Ps pic e  sim ulator   a nd  M at la b  Sim ul ink   us i ng  a  new   A DRC str at egy  to e xtrac t t he  maxim um powe r  f rom th e PV   pan el   [8 ] - [ 9]. Th e  pro po sed  met hod  is  a n ew   te chnolo gy  for   est imat ing  a nd  c ompe ns at in g  uncertai nties   an d  distu r bances,  wh ic h  ha ve   bee n  ex plore d  a nd  us e d  recently   a s  an   al te r native   over   cl assic al   te chn iq ues   a nd  especial ly   P ID  co ntr oller  [10 ] - [ 11].  U nlike   man y  existi ng  co ntr ol  meth ods,   the  AD RC   do es  not  re quire   the  acc ur at e   mathemat ic al   model  of  th e  plant.   M ore ov e r,   sel e ct ing   the  plant  order   n  of   t h e  AD RC   is  qu it e   flexible  wh ic h  make  t his  co nt ro l  m ore  co nve nient  to  ap ply  in  ma ny  co ntr ol  s ys t ems  [ 10 ] - [ 12].  The   meth od  i nvolv e s  th ree  blo c ks :  diff e re ntiat or   tr acke rs   (DT) ,  feedbac k  c on t r oller  ( FC),   an d  exten de d  sta te   obser ve r  ( ES O)   w hich  is   th e  main  pa rt  of   the  c om ma nd   [12 ] - [ 13] .  A n  im ple mentat io n  is  e ns ure d  un der   a n  el ect ronic  platform  bo a rd   ( Ardu i no  M e ga )  with  a  novel  con t ro l   app li cat io n  de velo ped  in   La bv ie w  e nviro nme nt  w hich  pro vid e d  a   real   ti me  ope rati on  a nd  s up e r vision,  a   pr act ic al   us er   interface ,  a nd   more  ot her  a bili ti es.  Re su lt s  sho ws  good   pe rformance ,   high   accu rac y  a nd  rob us tness  compa rin g  sim ul at ion  a nd im plementat io n.   The  seq ue ntial   w ork   flo w   of  this  pa pe r  is   a s  f ollo ws:  I n  s ect ion   2,  c omp le te   work i ng  proce dure   of  the  s ys te m  ha s  bee n  desc rib ed.   Se ct ion  3  cov e rs  t he  des ign   of  boos t  DC - DC   c onve rter,  f ollow e d  by  the   desig n  of  c urr ent  se nsor,  vo l ta ge  se nsor,  af te r  that  t he  dr i ver  an d  a  disc us sio n  ab out  a   MPPT   co mm and,  i n  Sect ion   4.  Sim ulati on   res ults  and  ex pe rimen ta l  wo r ks  are  di scusse d  in  Sec ti on   5  a n d  6  re sp ect ively .  Las tl y,   in   sect ion   7, a  pr e ci se co nclusi on h as  b ee n  a dde d  to  f i naliz e th e wor k.       2.   COMPL ET E  SY STE M  O V ERVIEW     A  photov oltai c  cel l  is  basical ly  a  P N  s emic onduct or  j un ct i on  di od e   w hic h  is  c onve rting  sun  e nerg y  into  el ect rical   energ y   [14].  DC - DC   c onve rte r  is  widel y  us e d  as   an   inter m ediar y  betwee n  the  PV  an d  l oa d  or   batte ry.  S olar   pan el ’s  c urre nt  an d  volt age  a r e  fe d  t o  the   mi cro c ontrolle r   wh ic h  deliver   a  su it able   duty   cycle  to   the bo os t c onve rter  on  the   bas is of an  alg or it hm .  T he whole  sy ste m  is   giv e n  in  Fig ure   1.           Figure  1.  P V  S ys te m a da pted by Bo os t c onve rter       2.1.   So lar  p an el s c ha r act eri s tics   Parameter s  of  so la r  pan el   a re   sh ow n  in  Ta bl e  1.   P V  m odul e  is  made  by   s olar  c ompan y  and   pro duct   name  is  M LP - 020P.   N um e ri cal   method  cal le d  Ne wton - R aphso n  is  use d  to  deter mine  the  operati onal   po i nt  [14].   T he  sy ste m  is  descr i bed  by  ( 1) - ( 3)  belo w,   meani ng  of  the  pa ramete rs   ex pr es sed   can   be   co nsult ed  i n  [6],  [14].       Table   1.   Para m et ers   of   mlp - 02 0P   Para m eters     Valu es   Op en  Circuit  Vo lta g e ( Vo c)     2 1 .7Vo lt   Sh o rt  Circu it  Cu rr en t ( Isc)     1 .26 Am p   Vo ltag e at  P m ax  ( Vm p p )     1 7 .3Vo lt   Cu rr en t at  P m ax   ( I m p p )     1 .17 Am p   Maximu m  Powe r  ( Pm p p )     2 0 W att        = ℎ −  [  (    ×  ) − 1 ]     (1 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  12 , N o.   2 ,  J une  2021   :   116 2   –   117 6   1164    = ( /  ) 3  { (  ) ( 1   − 1  ) }     (2)     ℎ = [ (  + ( − ) ] × ( )     (3 )           Figure  2.  Tem per at ur e  va riat ion ef fect i n PV             Figure  3.  I rr a diati on   var ia ti on  eff ect  in  P V       3.   DC - DC   B OO ST CON VER TE R   DC - DC   co nver te rs  can  be  us e d  as  s witc hing  mode  re gula tor s   to  c onver t  a n  unre gu la te d  DC   vo lt ag e   to  a   re gu la te d  DC   ou t pu t   volt age  [14 ] - [ 15 ].   The  re gu la ti on   is  normall y  ac hieve d  by  PWM  a nd  t he  c on trolle d  switc h  is  nor m al ly MOS FET  or IGBT  [16].   Figure   4  belo w  s how s   a   ste p  up  or  boos t   conve rter.   It   c on sist s   of   a  P V  volt age     as   i nput;  boos t   inducto r  L,   in pu t  ca pacit or    ,  transisto r  Mo sfet ,  Diode  D,  outp ut  capaci tor   ,  an d  a   Lo ad  or   batte r y.  M a ximum  power   is  reac hed  w hen   t he  M P PT  al gorith m  changes  a nd  a dj us ts  t he  du t y  cycle  of   t he  s witc hed   dev ic e  [ 17].   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694         Con tr oller desi gn for  PV ex pe riment al b e nc h w it h  AD RC st r ategy su pervis ed by  …   ( Na ou fe l K ha ldi )   1165       Figure  4.  Bo ost   DC - DC   c onve rter  with P V  a s in pu t       3.1.   Du ty cy cl e    The  relat ion  be tween   in pu t   a nd  ou t pu t   volt age  i nclu ded  a   facto r   of  e ff ic ie ncy  w hich   c on t rib ute  to   cal culat e a m ore reas on a ble  duty c ycle  d:     V out =  η 1 − d V in     (4)     wh e re    cal le d  e ff ic ie nc y of t he  conv e rter,  is a bout  80% ,  t hen  = 0 . 43 .     3.2.   Induc to r  Sele ction   The   gi ven  paramet ers   are   re qu i red  to   cal c ulate   the   powe r  sta ge   (in duct ance   an d  capa ci ta nce) .   W e   hav e  in pu t  volt age   =   17 , d esi red   outp ut volt age   = 25V  (slig htly   higher  t ha n  the  r at ed v oltage  of  t he   two batt eries s eries w hich  is  24V), a nd the   ou t pu t c urre nt  I  = 1A.   In   orde r  to   cal culat e  the  est i mate d   in duct a nce  value  L  of  co nv e rter,   we   nee d  to   cal cu la te   first  the   est imat ed  cu rr e nt r i pp le   Δ I   :     Δ I = 0 . 3  × I  ×      (5)     Δ I = 0 . 45A     A  small er  rip pl e  reduces  the  mag netic   hyste resis  losses  i n  the  induct or   c ompone nt.  T he   switc hing   fr e qu e nc y for t his  project  is  ta ken   to  be f= 62. 5Khz.   The  i nducto r v al ue  L,  acco r din g t o  va ried   pa rameters , is  give n belo w:     =  f . Δ I .     (6)     We take  L=   200    .     3.3.   Inpu t  c apacit or  Sele c tion   The  e quat ion o f  the  in pu t ca pa ci tor  is  giv e n  as:      =  . f² . Δ V  .     (7)     We take      = 10 0     with   Δ V    an  in put v oltage  rip ple  Δ V  <100m V.   If   t he  in put  rip ple  is  hi gh  the n  it   will   re qu i r e  a  la rg e   val ue   of  capaci ta nce ,  an d  t hat  res ul t  an  inc rease  in losse s ca us e d by the  ESR.     3.4.   Out p ut ca pa ci to r  Selecti on   The o utput cap aci tor  is:        =   f . Δ V  .     (8)     we  ta ke   =  800   .  Wh e re   Δ V  <10 m V  is   the   ou t pu t   ri pp le   volt age,   a  la rg e   value   c an  ca us e   a   fl uc tuati on   up to  t he  li mit s where  the  outpu t  volt age c rosses the  li mit s o f  b at te r y rati ngs.        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  12 , N o.   2 ,  J une  2021   :   116 2   –   117 6   1166   4.   ADR C CO NTRO LL ER  D E SIGN   4.1.   ADR C Alg orithm   To   imp r ov e   t he  res pons e   s peed  a nd  c ontrol   ada ptabili ty  of  t he  powe r  s ys te m   [18],   the   a pp li ed   AD RC   meth od  desi gn  is  s hown  in  Fig ur e   6.  T he  mai n  ide a  of  this   te ch nolo gy  is  to   est imat e  an d  c ompen sat e   the unmeas ure d  sta te  o f  t he  s ys te m   or  th e to ta l disturbance ,  in  real t ime, e ven   with ou t a n exp li ci t mo del  o f  t he   plant   an d  only   f rom   the   in put - ou t pu t   in for mati on  [ 19 ] - [ 20] .  To   e nsure   that,  t he  co ntr oller  c onta ins   three   blo c ks :  dif fer e ntiat or   trac ker s   (D T ),   feedbac k  co ntr oller  (FC ),   an d  e xten de d  sta te   obser ve r  (ESO ).   It  in vo l ve s   al so   a n  in ne r  l oop  t o  reject   th e  total   distu r ba nce  a nd  a n  ou t er  on e   to  deliv er  the   de sired   s ign al   [21 ] - [ 22] .  T his  pro po se d  al gor it hm   is   implem ented   in   an   Ardu i no  bo a r d  t o  co ntr ol  t he  du ty  c ycle  of  the   DC - DC   c onve r te r  in   order t o  t rack t he MP P  e ven  with cli mati c va riat ion s.           Figure  5. A DR C co ntro ll er  str uctu re       As  sho wn   i n  F igure  6,   t o  extr act   the  maxim um   power   fro m  the  PV   Sy st em,  the  AD RC   con tr oller  is   desig ne d  to  set the  fo ll owin g si gn al  e rror at   0.       = +       (9)     DT  is   us e d  to   arra nge  t he  tr ansient  proces s,  a nd  to   get  t he  dif fer e ntial   sig nals  of  cu r ren t  dI  a nd   vo lt age  dV  with tw o dif fer e nt ia tors’ track ers .           Figure  6. MPP T b ase d  i n ADR C con t ro ll er       It  ov e rc om es  t he  draw bac k  in  the  cl assic al   theory  s uch   a s  an  am plific at ory  eff ect   on  the  no ise .   M at he mati cal  form i s e xpress ed by :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694         Con tr oller desi gn for  PV ex pe riment al b e nc h w it h  AD RC st r ategy su pervis ed by  …   ( Na ou fe l K ha ldi )   1167   { ̇ 1 = 2 ̇ 2 =   ( 1 − + 2 | 2 | 2 )     (10)     Wh e re   m   is  t he   s peed  f act or,  1   and  2   are   resp e c ti vely  t he  t racki ng  an d  diff e re ntial   outp ut,   X   is  the   input sig nal a nd  ( . )   is a  nonlinea r  f unct io n.   ESO  is  the  c ore  par t  of  A D RC ,  it   con t rib utes  to   get  t he   model  uncert ai nty   a nd  to   de al   with  t otal  disturba nce a ffec ti ng  P V Po w er syste m.  M at hemati cal  str uc ture  is  giv e n  by:     { =   1 − ̇ 1 = 2 − 1 ̇ 2 = 3 − 2 ̇ 3 = − 3     (11)     wh e re  y  is  t he  ou t pu t  of  the   s ys te m.   1 , 2 and 3   are   res pecti vely  t he  est imat io n  of   t he  outp ut,  t he  est imat io n  of  the   der i vativ e  of   the   outp ut  and  the   est imat ion  of   the   dist urba nce   in   syst em.  Re ferrin g  to  [ 23],  the   obs erv e r   gains  ( = 1 , 2 , 3 )   are   3 0 ,  3 0 ² ,  0 3 .  =   ²   ,  = 2   pa rameters  of   t he  fee dbac k  co ntr oller  ( F C)   are  us ed  to ge ne rate t he  c ontr ol in pu t  0 .   0   is  denoted  as   the  ba ndwidt h  of  the  ob se r ver   a nd     the  band width   of   the  fee db ac k  c on t ro l.   Finall y,  t he  c ontr ol law is:      = 0 − 3   (12)     b  is t he dist urb ance c ompe ns a ti on   factor     4.2.   Inpu ts  se nso r s   The   P V  pa nel  ou t pu t   is   f ollo wed  by  a   ci rc ui try  f or  se ns in g  t he   cu rr e nt   a nd  vo lt a ge  nee ded  as   i nputs   for  the  M P PT  al gorithm  as  s how n  in  F ig ure   7.   A  vo lt age  div ide r  wh ic h  conve rts  the  volt age  of   P V  pa nel  in   range  t hat  is  0 - 5V,   so  that  t he   A rduin o  boa rd  can   i nter pre t  the  vo lt age   le vel.  T he  co mbi nation  of  resis tor  i n   vo lt age  d i vid e r  is h i gh almost  10K Ω   in  order t o mi nimize  t he powe r  loss es.   Direct  c urre nt  sensing   is  base d  on   O hm’s   la w.  A   c urre nt  s ensin g  m odule   na me d  as   AC S712  ca n  be   us e d  [24],  but  we  desig ne d  o ur  pr op e r  sens or  by   placi ng  a  hi gh  s hunt  r esi stor  1   in   se ries  with   th e  s yst em   load,   a  vo lt a ge   is  gen erate d  acro ss  t he  shun t  re sist or   th at   is  pr oport io nal  to  the  s ys te m  load  c urre nt.  The   vo lt age   ac ross   the   s hunt   can   be   meas ur e d  by  dif fer e ntial   am plifie r   L M324   a nd  deliv er  a   read a ble   current  value  t o  th e  Ardu i no boa rd.           Figure  7. cu rr e nt and  volt age  sens or s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  12 , N o.   2 ,  J une  2021   :   116 2   –   117 6   1168   Figure  8  sho w s  the   dri ve r  de sign e d  t o  t ran s mit   the  si gn al   PWM  t o  MOS FET  tra ns ist or   of  the   bo os t  conve rter.  It  ha s  capa bili ty  of  ope rati ng   at   high  P W M   f re qu e nc y  62.5K Hz  that  the   bo os t  co nverter   ge ts,  wit h  a  s pecific  duty   cycle   f or  it s  M O SFET ,   f rom  the   Ard uino   boa rd.   T he re  is  a  le vel  s hift ing  ci rc uitry  usi ng  a   pu s h - pull ampli fier  as  a n  outp ut  sta ge  betwe en  A r du i no   bo ard   a nd  co nver te r.   It  inc rease s  the  le v el   of  PWM   from A rduin o bo a r d  acc ordin g  to  the  gate t o so ur ce  volt age  of  M O SFET  (fr om   5V to 12 V) .           Figure  8. D rive r  f or  boos t c onver te r       5.   SIMULATI O N AND  RES U LT S   In   orde r  t o  in ve sti gate  the  performa nce  of  our  sy ste m,  we  hav e   imple me nted  t he  c ompl et e  ci rcu it ,  as   sh ow n  by   Fi g ure   4 ,   i n  first  ti me  in   Ps pice  s imulat or  e nv ir onment   an d  t he n  i n  M A TL A B/ Simuli nk  usi ng  f or   bo t h  sim ulati on a n AD RC  al gorithm .    In  the  first  sim ulati on ,   the   P V   pa nel  a nd  the  M PP T  al go rith m  we re  model ed  resp ect i vely   by  a  so la r  pan el   bl oc   an d  micr oc on t ro ll er  blo c .  The   P V  pa nel  is   co nnect ed   to   a   res ist ive  loa d  t hro ugh  a  boost   c onve rter   whose d uty cy cl e w as a dju ste d by MPPT  alg or it hm  based o n  the  v al ue of   current a nd  vo l ta ge  se ns ors  (Fi g  9).           Figure  9.  The   whole s ys te m       In  F ig ur e   10,  t he  ou t pu t   po w er  c urve  by  us i ng  M PPT   al go rithm  w hich  pr oduce  a  s uitabl e  duty   cycle   us e d  to   reac h  the  M PP ,  has   an  e xcell ent  c har act erist ic   w it h  hi gh  acc uracy  a nd  good  sta bili ty.  T he  resu lt s   con ce r ning  the   input  ( ou t pu t)   vo lt age  a nd  in pu t  (outp ut)  c urre nt  of  the  c onve rter  was  presented  res pec ti vely  in  Fig ure  11   a nd  12.   Th ey  s how  t hat  the   e le ct ric  qu a ntit ie   so sci ll at e  ar ound  the   opti mal  value s  under  the   op ti mal c onditi on s .   Finall y,   Fi gure   13   s how s  that   the  M P PT  al gorith m  can  quic kly   trac k  the  M PP  (t= 10ms )   with  go od   eff ic ie nc y  a nd  low oscil la ti on ev e n wit h  th e  var ia ti on  of  i rradiat ion .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694         Con tr oller desi gn for  PV ex pe riment al b e nc h w it h  AD RC st r ategy su pervis ed by  …   ( Na ou fe l K ha ldi )   1169       Figure  10. O utp ut  Powe r wit h MP PT al gorithm           Figure  11.  Inp ut & O utput v ol ta ge  of the  conv e rter           Figure  12. In put &  O utput C urren t  of the   co nv e rter       Figure  13. O utp ut  Powe r wit h va riat ion   of ir r adiat ion       In   the  s eco nd  simulat ion,  the   power   s ys te m   was  car ried  out  in  MATL A B  Simuli nk  as   sh ow n  in   Figure  13.  Par amet ers  use d  i n  A DRC  al gor it hm   f or   t he  bo os t  co nverter  a re 0 = 440 ,  0 = 110   and   b= 600.   Perfo rma nces  and  desig n  re su lt s   of  t he  c on t ro l  sy ste m   are  il lustrate d  thr ough ou t   two  cases.   I n  the  first   scenari o,  reali s ti c  ram p  up / down  ra diati on  from   10 00w/m²   to  300w/m²   a r e  ap plied   w hile  the   te mp e rat ur e   is  kep t  c onsta nt  at   298K.  I n  th e  seco nd  case ,   the  te m per at ure  c hanges  it s  values   as  fo ll ows:  323K  to   298K  a t       =  1.2   a nd fr om   298K  retu r ning to  32 3K a t 1.8s  mean w hile t he  ra diati on is maintai ne d at  1 00 0w /m² .           Figure  14.   Pow er syste m sim ul at ion       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  12 , N o.   2 ,  J une  2021   :   116 2   –   117 6   1170   The  res ulti ng  c on t ro l  pe rform ances  of  t he  first  case   is  il lus trat ed  by  Fi gur e  14   t o  Fig ur e   17   a nd  f or  the  seco nd  on e   is  il lustrate d  by  Fig ur e   18   t o  Fi gure  21 .  F igures  14   a nd  18  sho ws  that  the  A DRC  te chn i qu e   deliver  a   co ntr ol  sig nal  w hic h  dri ve   the  boos t  co nverter   to  trac k  the  MPP  ve r y  quic kl y.   A s  il lustrat ed  in   Figure  14,  t he   PV  outp ut  power   is   20 w,   6w,  c orres pondi ng  to  t he  M P P   P1  an d  P3  in  Figure  3 .   Mo r eov e r,   no ti ng  t hat  th e  outp ut  vo lt a ge  is  re gu la te d  to   it s  de sire d  value   25   with   good  performa nce.  Finall y,  t he  con t ro l   in pu ts   of   co nverter   dis  cl ea rly   bo unde d.  Se quen ti al ly  al l  these   fi gures   coi nc ide  with   the oret ic al   pr e dicti on and  com pany speci fied val ue  whi c h  e nsures  the  validit y of t he system.   Accor ding  to   f igures,  t he  A D RC   com man d  pr ese nt  e xcell ent  c har act erist i cs  an d  good   pe rformances   even  withsome remarka ble  osc il la ti on   an d  hi gh  ov e rs hoot  a t  the  first  500ms,  w hich   due   to   the  ti me   ta ken  by  the  ap proac h  t o  t ra ns f orm  th e  data  of  the   pro blem  usi ng   Simuli nk  int o  a  set   of  res ul ts.  Othe rw ise ,  for  a n   impleme ntati on ,   A DRC  met hod  is  ge ner al l y  c hea per  a nd  le ss  co mp le x  because   it   re quires   only   t wo  tu ning  par a mete rs  t o  a dju st.             Figure  14.   O utp ut  Powe r wit h i rr a dia ti on ch a ng e           Figure  15.  Inp ut & o utput v ol ta ge  co nverte r           Figure  16.  Inp ut &  i nduct or  c urren t  of the  conv e rter           Figure  17.  D uty  c ycle of t he  c onve rter     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694         Con tr oller desi gn for  PV ex pe riment al b e nc h w it h  AD RC st r ategy su pervis ed by  …   ( Na ou fe l K ha ldi )   1171         Figure  18.  O utp ut  Powe r wit h t empe ratu re c hange           Figure  19.  Inp ut & o utput  vol ta ge  co nverte r           Figure  20.  Inp ut &  i nduct or  c urren t  of the  conv e rter       Figure  21.  D uty  c ycle of t he  c onve rter         6.   EXPERI MEN TAL WO RK   The  M PP T  al gorith m  wa s  be en  im plemente d  by  us in g  a n  Ardu i no  boa rd  and  Lab vie w  app li cat io n  wh ic h  a re   desi gn e d  in   s uch  way  that   can   pe rform  with   an y  oth e r   resea rc h  M P PT   al gori thm.   F or  our  M PP T   al gorithm,  t he  analo g  sig nals      and      obta ine d  by  the  d esi gne d  sens or s  is  a  me ans  of   tw o  pins  A0  an d  A1  of the  Ard uino  dev ic e.     6.1.   System de sign  a n d simul at i on o n ISIS   Figure  22  pres ents  the  desi gn   of   t he  whole   sy ste m   on  IS I S  Prote us.   In  view  of  a  mi nimiza ti on   of  losses,   the   bo ost   co nv e rter   is  desig ne d  a rou nd  a   M osfet   IRFP25 0  wh ic h  present   a  s mall  ( on)= 0.085Ω,   a nd  arou nd  a   lo w   vo lt age   diode   su c h  as   Schott ky  diode   w hos e   well   ada pted   f or  t his  a ppli cat ion  due   to   it s  lo w   vo lt age  dr op a nd sho rt sw it c hi ng  ti me.   A  vo lt age   an d  current  sens ors   are  nee ded.  T he  fi rst  one  t o  detect   volt age   of   t he  P V  pa ne l  by  us i ng  a   div ide r:       =   16 16 + 9 + 5 + 15      (13)     wh ic h  m us t   be   <   5V   beca us e   the   a nalo g  i nput   in   Ardu i no  is  li mit ed   to   5V.   T he  seco nd   one   to   mea sur e  the   ou t pu t  pa nel c urren t a nd the y t ran s mit te d  to   the an al og p i n A1.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.