Int ern at i onal  Journ al of  P ower E le ctr on i cs a n d  Drive  S ystem   (I J PE D S )   Vo l.   11 ,  No.   4 ,  Decem be r 202 0 , p p.   2019 ~ 20 29   IS S N:  20 88 - 8694 ,  DOI: 10 .11 591/ ij peds . v11.i 4 . pp2019 - 20 29       2019       Journ al h om e page :  http: // ij pe ds .i aescore.c om   Novel t echni que for  hill cli mbing se arch to  reach  maxim um   power p oin t  trac king       Ah med   S amir  Badawi 1 ,  Nur ul Fa dzli n H asbul lah 2 ,  Siti  Hajar  Yuso ff 3 , A ish a H  Ha s him 4 ,    Alha re th Z yo ud 5   1,2,3,4  Depa rtment   of  E lectr i ca l   an d  Comput er  Eng ine er ing, Int ern a ti onal Islamic U nive rsity   Mala ys ia ,   Mal aysia   5  Depa rtment of  El e ct ri ca l   and   C omput er   Engi n e eri ng,   Bir ze i t  Un ive rsity ,   PO   Box   14,   Birzeit, We s t  Bank ,   Pa le stin e       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Feb   9 ,  2020   Re vised  A pr   14 , 2 0 20   Accepte d  M a y   9 , 2 0 20       In  thi s   pap er,  a   new  technique  has  b ee n   prop osed  to   solve   t he  tr ade  off   com mon   probl e m  in  h il l   cl i mbi n g  sea r ch   a lgori th m  (HCS )  to   re ach  m axi mu m   power  poin t  tracki ng  (MP PT).   The  main  ai m   of  th e  n ew  t ec h nique   is  to   inc re ase   the  po wer  eff icien cy   for  th e   wind   e ner gy  conve rsio n  sys te m   (W ECS).   The  proposed  t ec hni que  h as  be en   com bin ed  the  t hre e - mod e   al gorit h m  to  b e  s im ple r .   The  nov el   al gor it hm   is i n cre asing   th e  abi l it y  to  r e a ch   the   MP PT  wi tho ut  de la y .   The  no vel   al gor it hm   sh ows   fast  tr ac k in g  c apa bi li ty  and  enh anced  st abi lity und er change  wind  sp ee d  condi ti ons .   Ke yw or d s :   Hill  cli mb in g  s earch   M a ximum  pow er  po i nt trac king   Win d  e nerg y  c onve rsion s ys t em   Win d  tu r bin e   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 :   Nuru l  Fa dzlin  Hasbull ah ,    Dep a rteme nt   of Elec tric al  and  Com pute r  E ng ineerin g,   In te r natio nal Is la mic Un i versi ty  M al aysia,   53100 G omba k,   M al a ys ia .   Emai l:  n ur ulfa dzlinha sbull ah @gmai l.com       1.   INTROD U CTION   M a ximum  po wer   point  trac king  ( MPPT )  is  of   t he  par a moun t  im port ance  in   re newable  ene r gy   reg imes   f or   no t  on l y  to  maxi mize   the  s ys te m’s  powe r  ef fi ci ency ,   but  al s o  to  re du ce  t he   retu rn   pe rio d  of   t he   instal la ti on   ex penses  c os t  a nd  good  power  qu al it y  a nd  reli able.  In  this  re search ,  the   ta r g et ed  al gorith m  is  hill   cl imbing  searc h  ( HCS )  un der  the  direct  pow er  co ntr ol  ( DPC ),   to  i ncr ease  the  outp ut  po w er  dire ct   thr ou gh   t he   du t y  c ycle,  a nd  to   reac h  ma ximum  pea k  point  on  the   D C  li nk .   HC S  method   is  co nsi der e d  a n  e xa mp le   of  a   per t urb  an d  observ e  (P&O )  te chn i qu e  [ 1 - 4 ] .  The re  are  ma ny   featu res  f or   HCS  al gorith m;  it ’s  consi de red   t he   simplest   meth od,  not  r eq uir e  an y  pri or  knowle dge  a bo ut  wi nd   e ne rgy  c onversi on  sy ste m  (WEC S)   or  aerod yn a mics  char act e risti cs.  It   can   be   ap plied  t o  an y  W E CS,  s uit able   f or  s mall   scal e   w ind  tu rb i ne  ( W T)  a nd   this  typ e   of  a lgorit hm   ca n  br i ng   t he  op e rati ng   point  t ow a r d  po wer   coeffic ie nt  (C p)   by  inc reasi ng  or   decr easi ng the   per t urbin g  [ 5 - 9 ] .    Ther e   a re  t wo  main  t ypes  acc ordi ng   to   the   maximiza ti on  of  ca ptu re d  power.  T he   fi rst  typ e   is  DPC   con ce r n  in   the   powe r  ou t pu t  direct  in   the   WECS.   Wh e re as,  the   sec ond  typ e   is  in direct   powe r  c ontr ol  (IDC) ,   increase d  th e  mecha nical  po wer i n  t he WE CS as s how n  i n  Fi gure  1.   The  i nput  of  H CS  is  c on si dered  el ect ric  po wer  since   it   ca n  be  si mp l y  m easur e d  us i ng  t he  c onve rter   [ 10 - 15 ] . Ho we ver, it  is in  reali ty the tur bin e  pow e r  that m ust  b e a pp li e d  f or the c ontr ol str at egy  t o  r each  to  the   peak  po i nt.  Since  no  data  for  the   wind  t urb ine  WT  is   nee ded,  it   is   en sur ed  t hat  the   W T  will   reach   to   it s  real   maxim um   pow er  po i nt,  e ven thro ugh variat io ns   of exte rn al   blade  c ha racter ist ic s o r   facto rs   [ 16 ] .    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 .  11 , N o.   4 ,  D ecembe r  2020   :   2019   –   20 29   2020   In  Fig ure  2,  HCS  al gorith m  c on ce pt,   pe rturbin g  the   c on t ro l  va riable   unti l  reac h  m aximum  pea k  po i nt.  In  s pite  of  these   s pecial   pro per ti es  t ha t   le ad  HCS   al gorith m  t o  be  t he   best   opti on  f or  M PPT   c on tr ol  in   any  WECS.   H ow e ve r,   i n  fact ,  it   is  only   ap pro pr ia te   i n  t he  slow  cha ngin g  wi nd  s peed  c onditi ons.  The refor e ,  HCS  tra diti ona l  al gorithm  has   two  maj or   pro blems;  tra de - of f  betwee n  s pee d  a nd  ef fici enc y ,  a nd  t he  sec ond  is  the p e rtu rb at i on ste p  siz e  [ 8 ,  17 - 19 ] .           Figure  1. Cl assifi cat ion   of MP PT acc ordin g  t he  ma ximiza ti on  of total  capt ur e d powe r           Figure  2. The   main  pr i nciple  of H CS   al gorithm,  Pe rturbin g  t he  c on t ro l  var ia ble  un ti l reac h ma ximum  pea k p oin t       The   main   ob je ct ive  of   this  re search   is  t o  i nc rease  t he  po wer  ef fici enc y  f or  the   WEC S.  T he   po wer   eff ic ie nc y  f or  t he  W ECS can  be  inc reased us ing   HCS alg or i thms to   decr ea se the num ber   of  it erati ons to reac h   the  decisi on  f or  the   M PP T,   an d  tu ning  pa rameters   for  the  DC  li nk   [ 20 ] .   Pale sti ne   is  s uffe rin g  fro m   env i ronme nt  poll ution  pro blems,   especial ly   Gaza  strip   re gi on  a fter   the   la s t  three   war s .   I n  a ddit ion,  t he   sie ge   imposed  on  G aza  strip,  a nd  the  co ntin ue d  interr upt ion   of  el ect ric  power   as  well   as  f uel  make  th e  nee d  to  a n  al te rn at ive  s ou rce  of  ene rgy   instea d  of  tra di ti on al   sou rces .  T he  Gaza  Strip  has   an   inc reasin g  dema nd  for  el ect rical   po w e r  with  a n  i ncr e asi ng   s horta ge  of   powe r  s uppl ie s  [ 21 - 23 ] .   Fi gure  3  s hows  Pale sti ne  map   wh ic h   there   is  a   de f ic it   in  el ect rici ty  due   to   sie ge  a nd  pr e vai li ng   wa r - to r n  conditi ons.   More over,   el ect r ic it y  gen e rati on is  not feasi ble to  s at isfy  th e  d e ma nd.   M a ny   resea rchers  are   act ively  pr opos i ng   al gorithms   to  e xt ract  maxim um  po wer   point   ou t  of  W T.   Howe ver,  this  so luti on  ca nnot   be  ada ptable  for  Pale sti ne  due  to  t he  diff e r ent  wi nd   c ondi ti on   c ompare d  with   oth e r  places  [ 9 ] . T her e a re m a ny  tec hn i qu e s  unde r  MPPT.  Howe ver, am ong  t hese,  th ree  mode HSC  alg or it hm  is  m or e   fea sibl e  to   be  im ple mente d  i n  Pale sti ne,   t his  is   due  t o  re duct ion  of   ste p  fluctu at ion s   an d  s uitable   for   micro   gr i d  syst em,  but  t he   th ree   m od e   HCS   al gorith m  ca nnot   rea ch  ma ximum   po werp oin t   du e   t o  conve rg e nce   s peed  delay ,  w ron g  tra cki ng  directi on,   tra de - off   betwee n  s peed  for  det ect i on  the   ma ximum  powe r po i nt and acc ur ac y of t rack i ng tech niq ue   [ 26 - 28 ] .   Figure  4  s how s  the  th ree  m ode  HCS  al gori thm  [ 17 ] .  M an y  s ys te ms  ha ve   a  maste r  c on trolle r  that   knows  in  wh ic h  m od e  t he  co ntr oller  is  oper at ing ,  relayin g  on   wind  s pee d,   diff e re nces  in  wi nd   s pee d,   in  this   appr oach,  the  con t ro ll er  ca n  respo ns e  di ff e r ently  on  small er  or  la rg e r  wi nd   s pee d  cha nges  o r  it   can  ke ep  the  ro t or  s peed  ste ady  as   lo ng  as   the   wi nd  s pee d  c ha ng e s  doe s  no t   excee d  a ny  dead  band   l imi t.  The   pro ba bili ty   for  a dap ti ve  H CS  al gorithm  a rises, w hic h  ar e  first o pe rati ng  in  a   le arn i ng mode  to d et er mine  al l  the  im portan t   par a mete rs  i n f un ct io n o f  a ce rtai n win d patt ern   [ 29 ] .   Figure  5  il lus trat es  the  me chan is m  f or  the  th ree  m od e  HCS  al gorithms  t o  reach   the  M PP T .   Ba sic al ly,  it ’s  relay  on  the  c omparis on  bet ween  the  pervi ou s   sta te   an d  t he  nex t  sta te .  Th us ,  it   s pend s  long   ti me  to  reach  the  maxim um  peak   point.  More over,  t he  al gorith m  is  very  co mp li cat ed   du e  t o  the  it erati on   process  to reac h MPPT  [ 8 ,  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       Novel  tech niqu e for  hill  cli mbing searc h  t o  r each m axim um  power  po i nt tr ackin g (Ahme d S am ir  Ba dawi )   2021       Figure  3. Pale s ti ne  map   [ 24 ,  25 ]         Figure  4. Pr i nc iple o f  the  H C S th ree m ode  al gorithm  [ 17 ]           Figure  5. Flo w char t  of th ree  mode  HCS al gorith m  M PP T   [ 17 ]       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 .  11 , N o.   4 ,  D ecembe r  2020   :   2019   –   20 29   2022   2.   WIN D  S PEE D AND  MPP T RELATIO N    The  power  out pu t  from  a  WT   reli es  on  the  r otor  swe pt  are a,  de ns it y   of   ai r  an d  velocit y  of   t he  wi nd.   The  c ommo n  powe r  e qu at io n  for  a   WT   is   giv e n  by   (1 4 )    base d  on  case   of  c on sta nt  a ccel erati on   [ 30 ] .  T he   velocit y  υ   is  e qu a l   to   the   w ork   do ne  W,  a nd  t he  kin et ic   e nerg y  of  a n  ob je ct   hav i ng  ma ss  m ,  t he  distance  s   unde r  a  force  F , as  t he  f ollo wing.         =     =      (1)     Applyi ng   Ne w ton’s La w:       =      (2)     Hen ce ,       =      (3)       Using  eq uatio n  ( 3 )   of m otion:     2 =   2 + 2      ( 4)     We ca n get:     = ( 2 − 2 ) 2   (5)     The o bject  init ia l velocit y i s  0,   i.e.  u  =  0, the n:       = 2 2   (6)     Substi tuti ng it   in  ( 3),   t he  k i ne ti c energy o f  a   mass is:       = 0 . 5 2   (7)     The win d p ower is  giv e n by the  rate o f  c ha nge  of ene rgy  a s  the  fo ll owin g equ at io n:      =   = 1 2 2     (8)     As  m ass  flo w  r at e is giv e n b y:      =      (9)     The rat e of c ha ng e  of  distance  is g i ven by:       =   (10)     T he n       =    (11)     E = Kinetic   e ne rgy  (J),  ρ  =  Den sit y  ( kg/m 3 ),   m = M ass   ( kg),   A = S we pt   Ar ea   ( m 2 ),  v = Win d   S pee d  (m/s) ,   Cp = Powe r   c oe ff ic ie nt ,  P = P ower (W) , d t/ dm= M as s   fl ow   r at e   (kg/s),   r = R adius  (m ),   x = di sta nce  (m ),   t = t ime  (s) ,  dt/dE = E nerg y   f low   r at e  (J/s) .     Ther e f or e,   f rom  ( 8), the  po w er ca n be r e pre sented  as the  foll ow i ng equat ion :     = 0 . 5  3   (12)     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       Novel  tech niqu e for  hill  cli mbing searc h  t o  r each m axim um  power  po i nt tr ackin g (Ahme d S am ir  Ba dawi )   2023   The  ca pture d p ow e r fr om t he win d  ca n be e xpress ed  as the  foll ow i ng equat ion :        = 0 . 5  3   (13)     The  s wep t  a re a  of   t he  wind  tur bin e  ca n  be   com pu te d  f r om  the  le ngth  of   t he  wi nd  tu rb i ne  bla des  us in g  t he  e qu at ion   f or  t he  s we pt ar ea  of a  ci r cl e    =        P =   0 . 5 c P ( λ , β ) ρπ R 2 V w 3   (14)     Wh e re,   c p  =   powe r   coe ff ic ie nt,  Vw  =   Win d  vel ocity ,   ρ a  =   densi ty  of  ai r ,  and  a nd   R   =  r ot or  ra diu s .  The   po wer  coeffic ie nt  ( cp )  f or  t he  WT  i s  the   ma ximum  power  that  cou l d  be  ca pt ured   of  t he  t otal  avail able   in  t he   wi nd,   cp   is  a functi on o f  blade   pitc h  a ng le  ( β )  a nd   blade  ti p  s pee d  rati o  ( λ ) .  T he or et ic al ly,  a w i nd  tur bin e   can  ex tract  maxi m um  59. 3  %   from   the   total   powe r   of   wi nd  (Bet z ’s  li mit ) [ 9 ] .  Be tz   li mit   ide ntifie d  as   a   WT  c a n  onl y  conve rt  59. 3  %   ma xim um   of  the   total   a vai la ble  ene r gy  in   the  wi nd  into   kin et ic   e nerg y.  Pr act ic al ly  a  WT  c an   extracts a rou nd 40 %  of the  po wer i n  t he win d  in  the i deal  WT p ow e r   [ 31 ] .   Fo r   small   scal e  WT,   β  a ngle   betwee n  the  r efere nce  li ne  a nd   c hor d  of   t he   blade  on  the   ro t or   hub,  normall y  zer o  or  ke pt  c onsta nt.   C onseq ue ntly,   for  a   c on sta nt  pitch  a ng le ,  powe r  c oeffici ent  is  only  a   f unct io n   of  ti p  s peed  ra ti o.   T he  ti p  s pe ed  rati o    is  a  rati o  betwee n  t he  wind  s pee d  (V w )  a nd  s pe ed  of  the  blad e  ti p  (V tip )  as  sho w n  in   ( 15 )  [ 31 ] .     λ = V t ip V w =   ω r V w   (15)     wh e re ,  ωr  is  th e turbine  ang ular  s peed. T he win d  tu r bin e  dyna mic eq uatio n  is  giv e n b y  ( 16 )   [ 31 ] .      =   − −   (16)     wh e re ,   F   is   th e  visc ous   f rict ion  c oeffici ent,   J   is  t he  sy ste m  in erti a,   TL   is  the   to r qu e   due  t o  loa d,  Tm   is  t he   tor qu e  g i ven by the  tu rb i ne.   The p ow e r  c oe ff ic ie nt    ( , )   can  b e  d et er mine d fo r WT  by  ( 1 7 ) .   ( , ) = 1 ( 2 − 3 − 4 ) − 5 +   6   (17)     wh e re ,  λi  is a  va riable  wh ic h  i s a fu nction o f  λ ,  β  is  def i ned  as in  ( 18 ) ,      1 = 1 + 0 . 08 − 0 . 03 5 3 + 1   (18)     Substi tuti ng  ( 16)   th rou gh  to   ( 17 ) ,   the   c oeffici ents  f r om  c1   t o  c 6  are:   c3   =   0.4,c 1  =   0.517 6,  c4   =   5,  c 2  =  116,c 6  =  0.0 068  a nd  c 5  =   21  [ 31 ] .   Fig ur e   6  represe nts  th e  no nlinear   po wer  coe ff ic ie nt   c p(λ ,  β),   descr i be d  by  (17), acc ordin g t o  the  ti p  s pee d rati o  λ  f or   va rio us   valu es  of  β p it ch  angle  [ 31 ] .   M ea n  wind  s pe ed  pla y  imp ort ant  r ole  in  the  wi nd   powe r  ge ner at io n  proces s  due  to   the  cu bic   pro portion al   re la ti on   betwee n  po wer  an d  m ean  wind   sp ee d.  A ver a ge   wi nd  s peed  ref le ct s  to  t he  ro t or  sp ee d.   Ther e f or e,   tota l  o utput  powe r   is  pro portio na l  with   r otor  spe ed  a s  s how n  in   ( 14).   Fig ure  7  presents   that   r otor   sp ee d  ver s us  outp ut  power  for  eac h  wind   s pe ed,  the re  is   a  maxim um  out pu t   am ount  of  po wer  that  t he   W T  cou l d  e xtract  i f  WT  operate d  at   the  rated   r otor  s pee d  ( ω o pt )  or   t o  t he  opti mu m   r otor  sp ee d  value   ω opt  can  reache d  at   the  op ti m um   ( λ opt ).  in  orde r  to  c ol le ct   maximum  po s sible  po wer  from  the  WT .  WT  m us t  be   tu rn e d  on  at   opti mal  TSR  λ opt .  This  case  of  ope rati on  is  possi ble  by  co ntr olli ng   the  r otati on al   s peed  of  the  W T  tha t  i t   al way s  turns  on at the  opti m um o r rat ed spee d.        =   3   (19)     Wh e re,   K opt   is an  opti mu m  w i nd  wr it te n b y  ( 20 ) .      = 0 . 5  5  3   (20)       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 .  11 , N o.   4 ,  D ecembe r  2020   :   2019   –   20 29   2024       Figure  6. P ow e r  c oeffici ent  ( , )         Figure  7.  M ec ha nical  pow e r  c urves  at   va rio us win d  sp ee ds   [ 32 ]     3.   PROP OSE D HCS  A L GO R ITHM T O  REACH  MPPT   In  this  wor k,   three  mode  al gorithms   ha d  been  co m bin e d  to   be   sim pler.   T he   ada ptive  al go rith m   con ta in s   thr ee  mode,  in  it ’s   c on si der e d  very   com plica te d  du e  t o  it erati on  f or   same  e quat ion   of  ω ∗ [8,   33].   Figure  8  sho w s  the  novel  tw o  m od e  pro pos ed  al gorith m.  The  mai n  ai m  from  the  ne w  a lgorit hm   is  to  i ncr ease  powe r  e ff ic ie nc y,  inc reasin g  the  c onve rg e nc e  sp e ed   an d  a vo i d  t he  tra de - off  betwee n  spe ed  for   detect ion  the   maxim um  pow er  point  a nd  ac cur ac y  of  t racki ng  te ch nique.   The   decisi on  of  t he  al gorithm   th rou gh  du t y  cycle   can  reac h  t o  the  cu r ve  to  m aximu m  peak   po i nt  due  to  f ewer   cal c ulati on s   in  the   m ode  sta ge s.  T he   new  al gorithm is  conside red sim pler  tha n  t he  th re e modes  and  fa ste r.           Figure  8. Flo w char t  of the  pro po s ed  no vel HC S alg or it hm.   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       Novel  tech niqu e for  hill  cli mbing searc h  t o  r each m axim um  power  po i nt tr ackin g (Ahme d S am ir  Ba dawi )   2025   4.   MO DELIN G  THE  WEC S  US I NG PM S G WI ND GE NER ATO RE   Ther e  a re  fi ve   ma in  bl ock s   in  the  WEC S  model,  w hich  are  WT ,  pe rm anen t   ma gnet   sy nc hro nous   gen e rato r  (PM SG ) ,  th ree  pha se  diode  bri dg e  recti fier,   co nt ro ll er  a nd  DC   to  DC  bo os t  conve rter.  Six  wind  sp ee d  pro file   eff ect   t o  t he  WT   as  i nput.   Sc op es   in   P M S G  meas ur e d  t he  sta t or  c urr ent,   ro t or  s peed,   el ect ro ma gn et i c  to rque   an d  st at or  volt age.   T he  t hr ee - phase   outp ut  from   t he  P M SG  has   been  recti fied   us in g  the  th ree - phase   diode  bri dge r ect ifie r.     Figure  9  il lust rates  the  WE CS  model  with  three  mode   HCS  al gorith m  an d  the  pr opos e d  HCS   al gorithm.  I n  this  m od el   it   ca n  be  a ppli ed  t he  HC S  al gori thms  to  c hec k  the  eff ic ie ncy   performa ncefo r  each   al gorithm  base d  on  the  ou t pu t   sign al   be ha vior.  T he  sco pe  m easur e ment  ha s  been   c hec ked  the  DC  volt ag e  via   DC li nk. T o  e nhance  the  MPP T tec hniq ue  it   sh oul d  be  tu ni ng for t he mo de l ci rcu it  es pec ia ll y  DC to  D C  boo st  conve rter.   T he   main   functi on   of  t he   co ntr oller  is  t o  mak e   switc hing  t hroug h  t he  duty   cycle   ba sed   on  t he  dec isi on of t he a lgorit hm .  Th e  thr ee - m od e  algorit hm   ( Ad a pt ive)  ma kes  it e rati on s  to reac h  the  MPPT. w her eas ,   the  pro posed  a lgorit hm   a vo i ds  the  it erati on  delay  ti me  to   reach  t he  MP PT  due  to  th e   com pin e d  m ode  as  sh ow n  in   F i gur e 8 .           Figure  9. WEC S - P M S G mo de l       4.1.   WECS  PM SG  w ith  thre e m od e  algorit hm  (adapti ve)   In   t his  sect ion,  the  ada ptive  or   t he  thre e - m od e   al gorithm   has  been   a pp li ed  to  the  W ECS  PMSG   model  usi ng  M A TLAB   S I M U LI NK.  Si x  wind  sp ee d  pro file   the  i nput   of  the  WT .  The  MATL A B  sco pe  measu red   r oto r   sp ee d,   sta to r  vo lt age  a nd  cu rr e nt,  el ect rom agn et ic   to rque  and   powe r  f or   PM S G.   To  e nhance   the r es ults f or t he  P M S G  it  s houl d be tu ning  the p a ramete rs t o  reac h  t o  the   ta rg et ed  object ive.   In  F ig ure  10  DC  vo lt age   ha d  bee n  measu r ed  befo re  a pplyin g  t he  t hr ee - mode  al gorith m  to   de scri be  the  si gn al   be ha vior  befo re  a nd   after   a pplyin g  the  th ree - m od e   al gorith m,   aft er  t hat   the   e ff e ct   of  t he   three - mode   al gorithm a nd t he pr opos e d  al gorithm  is co m par e d.   Figure   11   sho ws  t he   DC   volt age  a fter   a pp l yi ng  th ree  mode   al gorith ms.   T her e   is  a  delay   to  reach   the   maxim um   pow er  point  beca use   of  an  it erati on   proce sses  t o  reac h  t he  MPPT.  T he  t hr e e - m od e  al gorithm  ha d  trade off  bet we en  ef fici enc y  a nd   c onve r gen c e  sp ee d  to  reac h  ma x  pe ak  po int  du e  t o  c omplexit y  t o  reac h  the  decisi on fo r  th e p ea k po i nt.       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 .  11 , N o.   4 ,  D ecembe r  2020   :   2019   –   20 29   2026       Figure  10. DC  vo lt age  b e f or e   app l ying th e  th ree - m ode   al gor it hm           Figure  11. DC  vo lt age  afte r  a pp l ying  HCS t hr ee  m od e  alg or it hm       4.2.   Ap pli n g  t he p roposed  novel  a lg orit hm    The  pro po se d  al gorithm  has  been  ap plied  t o  the  WECS .  Six  wind  s pee d  prof il e  the  i nput  of  the  WT   to  chec k  t he  ef fici ency   pe rformance  for  t he  model  un der   fa st  varyin g  in   w ind   s pee d.   In  F igure s   12,  13  it   can   be  seen  t he  thr ee  Ph ase  vo lt a ge  an d  cu r ren t  are  pure  si ne  w ave  w hich  a mpl it ud e  increase d  dramat ic al ly  direct   base d  on  i ncr e asi ng  wi nd  s pe ed.  V oltage   cu rv e   a nd  c urren t   are   in   ph ase ,  t her e   is  no  le a di ng  or  la ggin g  in  the   ph a se  a ng le   w hich   eq uals  z er o.  The re fore,   the  powe r  facto r  e qu al s   1.   It  m eans  t hat  in duc ti ve  reacta nce  equ al s   to cap aci ti ve  r e act ance a nd th at  co ndit io n  ca ll ed  res on a nce   conditi on.            Figure  12 Z oom of  ge ner at or  currents      betwe en 4. 672s an d 4.67 8s           Figure  13. Z oo m of  ge ner at or  Vo lt age   V a bc   betwe en 14.9 9s an d 15.07s       The  sim ulati on  resu lt s  a re  s hown   i n  pervio us  fig ur e,   the  tu r bin e  reach   to  it s  maxim um   pe ak  point  a t   a  wind  s peed  of   15  m/s  is  a pp li ed .  T he  el e ct ric  powe r  an d  r otor  s peed  are  sam pled  e very  3  sec onds  after  a   new r otor  ref e r ence s pee d  is s et . Th e  freq ue nc y of t he PM S G gen e rato r  is  equ al  t o 50 Hz .   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       Novel  tech niqu e for  hill  cli mbing searc h  t o  r each m axim um  power  po i nt tr ackin g (Ahme d S am ir  Ba dawi )   2027   The  new   al gor it hm   is  co ntr ol le d  in  D  duty   cycle  to  c ontrol  the  volt age   to  reac h  ma xi mu m  pea k  po i nt.  Bi tc h  an gle  is  c onside r ed  c onsta nt  (β =0)  irre sp ect iv e  of  wind  sp ee d.  It’s   cl ear   f rom  Fi gures  15  a nd  16   after  t he  rati ng  wind   sp ee d  th e  pro posed   al gorith m r e ache d  the  c urve   to  t he   ma ximum point  val ue  th r ough  the   du t y  cycle .  Fi gure  16   s how s   the  pe rforma nce  of  the  pro po s ed  M P PT  al gorithm  unde r  mixe d  wind   prof il e  with  six   va riat ion   point.  T he   perf or m ance  of   t he  dev el oped  al go rithm  pr ese nts  fast  tracki ng  capa bi li t ie s.   M ore ov e r,   t he  new   te c hn i qu e   for  HCS  ca n  reache d  to  t he   maxim um   pe ak  point  with  minimu m  cal c ulati on   wh ic h  maki ng  it   simple  im pl ementat ion  al gorithm   an d  c ompeti ti ve  due   to  s ummari ze d  th ree  m od e   to  tw o  mode.   T he   pro po s ed   al go rith m  s hows   fast  t r ackin g  cap a bili ty  a nd  e nhance d  sta bili ty  unde r  both   lo w   an d  hi gh   rate o f  c hange   wind s pee d  c onditi ons a nd is  ver ifie d usin g MATLAB/ Sim ulink .           Figure  14. Z oo m of  ge ner at or  powe r ou t pu t  be tween  15. 00 s  and  15.06s           Figure  15. DC  vo lt age  b e f or e   app l ying tw o mo de   al go rith ms   f or  WECS - PM S G           Figure  16. V oltage   a fter a pply ing  t wo m od e   al gorithms   f or   WECS - P M S G       5.   CONCL US I O N   This   pa per  pro po s ed   a   ne w   t echn i qu e   for   HCS   al gorith m  t o  i ncr ease   the  e ff ic ie nc y  performa nce   to   reach  to  t he  maxim um   pea k  point.  T he  pro po se d  al go rithm  ca ptu re d  the  maxim um  possible  power   a nd  reache d  to   the  maxim um   pow er  point  on  the   curve  at   diff e r ent  wi n d  s pee d  without  the  kn ow le dg e   of  the   WT   aerod yn a mic  char act e risti cs.  The   pe rfo rm ance  of  the   pro posed   no vel   al gorithm   presents  fast  tra ckin g  capab il it ie s .   It   can   reac h  t o  the  ma xim um  peak  po i nt  wit h  minim um   ca lc ulati on   w hich  maki ng  it   simple   impleme ntati on   al gorith m  an d  co mp et it ive  du e  t o  s um ma rized  th ree  m ode  to  tw o  m od e.  The  e xperi mental   resu lt s  c onfir m   that  the   propo sed  te c hn i qu e   for  HCS  is   re mar kab l y  faster  by  20%   of  t he   total   ti me  r e qu i red  com par i ng to  t he  m ode alg ori thm  du e  to si m plici ty.         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 .  11 , N o.   4 ,  D ecembe r  2020   :   2019   –   20 29   2028   ACKN OWLE DG MENT     This  re searc h  has  been  sup porte d  by  t he  r esearch   grant  no.  RI GS1 6 - 041 - 0104  f rom   the  M al aysia   M inist r y of Hi gh e r  E ducat io n i n  acc orda nce  with the  Resea rch I niti at ive Grant  Sche me.       REFERE NCE S   [1]   Simoe s,  M.G. ,   B . K.  Bose,   and  R . J.  Spiege l ,   " Fuzz y  logi c   base d  intell ig ent   cont ro l  of  a  va ria b le   spe ed  c age   ma ch ine   wind  gene r at i on  sys te m ,"   I EE E   tr ansacti ons on  po wer  elec troni cs ,  Vol.   12 ,   no .   1 ,   p p.   87 - 95 ,  1997 .   [2]   Solouma h,   H . M.  and   N.C.  Kar,  " Fuzzy  logic - b ase d   ve ct or  control  of  a   doubly - fed   indu ct ion   ge ner at or   in  wind   power  applic at io n ,"   Wind   Engi n e ering ,   Vol .   30 ,   n o.   3 ,   p p .   201 - 22 3 ,  2006 .   [3]   Qiao,  W.,   et  a l.,  " Wi nd  spe ed  est im ation  b ase d  se nsorless  output  ma ximiz at ion   co ntrol   for   a   wind   turbi ne   drivi ng   a   DF IG ,"   I EE E trans act ions o n  po wer  elec troni cs ,  Vol.   23 ,   No.   3 ,   p p.   1156 - 1169 ,  2 008.   [4]   Li ,   H . ,   K .   Shi ,   and  P.   McL are n,   " Neura l - n et work - base d  s ensorle ss   ma xi mum   wind  energy  ca ptu re  wi th   com pensa te d  po wer  co eff icient ,"   IEEE tr ansacti o ns on  industry  a ppli cations ,  Vol .   4 1 ,   no.   6 ,   p p.   15 48 - 1556.   [5]   Buehri ng,   I .   an d  L .   Fre ris.   " Control   po licie s   for  wind - en erg y   conv ersion  sys te ms ,"   in   IE E  Proce ed ings  C - Gene ration, Tr ansm ission and  Distributi on ,   1981 .   [6]   Abdulla h,   M.A. ,   et  a l.,  " A   rev ie w  of   m aximu m  power   poin t   tr ac king   al gori thm s  f or   wind   ene rgy   sys te ms ,"   Re newab le   and   s ustainabl e   ene rg y  rev ie ws ,  Vol.   16 ,   No.   5   p p .   322 0 - 3227 ,   2012 .   [7]   Zha o,   Y. ,   et  a l.,  " A  rev ie w   on  po siti on/spee d   sens orle ss   con trol  fo r  per ma nen t - m a gnet   syn chr onou s  ma ch ine - b ase d  wind  en erg y  co nver sion  sys te m s ,"   IEEE  Journal  of   Eme rging   a nd  Selec te d   Topics  in   Pow er  E l ec troni cs ,   Vol .   1 ,  No.  4 ,   p p.   203 - 2 16 ,  2013 .   [8]   Bada wi,   A.,  " Ma xim um  Pow er   Point Tra ck ing  C ontrol   Sch em e   f or  Small Scale   Wi nd  Turbi ne " .   PhD   The sis 201 9.   [9]   Bada wi,   A.S. ,   " An  analytica l   st udy  for   esta b li s hme nt   of   wind  f arm s  in  p al est in e  to  r each  the  o pti mum  el e ct ri c al  ene rgy ,"   2013.   [10]   Baroudi ,   J.A. ,   V.  Dinav ahi ,   an d  A.M.   Knight,  " A  rev ie w  of   power  conv ert er   topol og ie s  for   wind  generat ors ,"   Re newab le   ene r gy ,  Vol .   32 ,   No .   14 ,   p p .   2369 - 23 85 ,  2007 .   [11]   Chakra borty ,   S . ,   B.   K ramer,  an d  B.   Kropos ki,  " A  rev ie w   of  p ower  e le c tronics  interfa ce s  fo r  d istri bute d   ene rg y   sys te ms  towar ds  ac hi evi ng  low - c ost  modul ar  d esi gn ,"   Re n ewabl e   and  Sustainabl e  Ene rgy  R evie ws ,  Vol.   13 ,   No .   9 ,   p p.   2323 - 2335 ,  2009.   [12]   Chen,   Z.,  J.M.   G uer rer o ,   and   F.  Bla a bj erg ,   " A  re vie w  of  the  state   of  th e  art  of  po wer  elec troni cs  f or  wind  turb ine s ,"   IEE E   Tr ansacti o ns on  power  el e c tronic s ,  Vol   24 ,   No.  8 ,   p p.   1859 - 1875 ,  2009 .   [13]   Chakra borty ,   A . ,   " Advanc ement s  in  power   e lec troni cs  and  driv es  in   interfa ce  with  growing   re newa ble  en erg y  resourc es ,"   Re n e wable   and   Susta inabl e   Ene rgy   R ev i ews ,  Vol .   15 ,   No.  4 ,   p p.   1816 - 1827 ,  2011 .   [14]   Wa ng,   H . ,   et   a l. ,   " Contro l  an d  int erf ac ing  o f  a  grid - conn ecte d  sma ll - sca le  wind  turbi ne  gene ra tor ,"   IE E E   Tr ansacti ons   on  Ene rgy  Con ve rs i on ,  Vol .   26 ,   No.   2 .   p p .   428 - 434 ,  2011 .   [15]   Bla abjerg,   F .   an d  D.M.  Ione l ,   " Rene wabl e  En er gy  Devic es  and   Sys te ms  with  Simul ations  in  MA TL AB®  and  AN SYS® " .   2017:  CRC Press.   [16]   Bada wi,   A.,  et  al . ,   " Ev al ua ti on   of  wind  power   for  e le c trica l   e ner gy  gen era t io n  in  th e  m edite rra nea n   co ast  o f  Pale stine  for  14   yea rs ,"   I nt ernati onal  Journal  of   Elec tri cal   a nd  Computer  Engi n ee ring  (I JE C E) ,  Vol.   9 ,   No .   4 ,    p p.   2212 - 2219 ,   2019.   [17]   Kaz mi,  S.M.R . ,   et   al.,  " A  novel  al gorit h m  for   fas t  and   eff ic i ent  spee d - sensorle ss   ma xim u m  powe r  point  tr ac king   i n   wind  ene rgy   con ver sion system s ",   IE EE   Tr ansactions   on  Industria l  E le c tronic s ,   Vol.   58 ,   No .   1 , p p .   29 - 36 ,  2011 .   [18]   Abdelsa lam,   A. K.,   et  al.,  " High - per forma n ce  ad a pti ve   per tu rb  an d  observe   MP PT  techniqu e  for   p hotovol taic - b ase d   mi cro gr ids ,"   IE E E  Tr ansacti ons  on  Powe r  Elec tr onic s ,   Vol .   26 ,   No.  4 ,   p p.   1010 - 1021 ,   2011 .   [19]   Abdulla h,   M.A. ,   et  a l.,  " A   rev ie w  of   m aximu m  power   poin t   tr ac king   al gori thm s  for   wind   ene rgy   sys te ms ,"   R ene wabl e  and   Sustainabl e   Ener gy  Revi ews ,  Vo l.   16 ,   No .   5 ,  pp .   3220 - 3227 ,   201 2.   [20]   20.   Bada wi,   A. ,   et  al . ,   " R esona nt   Circ uit  Respons e  for   Contact les s  Ene rgy  Tra n sfer  under   Vari abl e   PWM ,"   Inte rnational   Jo urnal  of  In formation  and   Elec tronic s E ng ine ering ,   Vol .   7 ,   No.   1 ,  2 017 .   [21]   Yasee n,   E. B . ,   " R ene wabl e ene rgy   applications in  Pale stine ",   2009 .   [22]   Bada wi,   A.S. ,   et  al.,  " Ene rgy   and   Pow er  Est im a tion  for  Thre e   Dif fer ent  Lo ca t ions i n  Pal esti ne ,"   In donesian  Journa l   of  E le c tric al   En gine ering   and  C omputer  Scienc e ,   Vol .   5 ,   No.   3,   p p .  401 - 408 ,   201 7 .   [23]   Bada wi,   A.S. ,   e t  al .   " W ei bu ll  Probabil it y   Dist ribut ion   of   Win d  Speed   for   Ga za  Strip   for   10   Yea rs , "  Appl i e d   Me chanics and Mate rials .   2019:   Tra ns  Tech  Pub l.   [24]   (PCB S),  P.C. B. o . S., W ind   Speed   Data 2018.   [25]   Bada wi,   A.S.,  et  al.,   " Pra ct i ca l   e l ec tr ic a l  en erg y  p roduc ti on  to  sol ve  th e  shortag e  i n  elec tr ic i ty  in   p al esti n e  and  pay   bac k   per iod ,"   In te rnational   Journal  o f  El e ct ri cal  and   Computer   Engi ne ering  (I J ECE ) ,  Vol .   9 ,   No.  6 ,   p p .   4610 - 4616 ,  2019 .   [26]   Urtasun,   A. ,   e t  a l. ,   " Modeli ng  of   smal l   wind  turb ine s  base d  on   PM SG   with  diode   bridge   for   sensorle ss   ma xi mu m   power  tr a cki ng ,"   Re n ewabl e   En e rgy ,   vol .   55 ,   pp .   138 - 149 ,  2013 .   [27]   Ponkarthi k,   N.  a nd  K.  Kal ida sa   Murugave l,  " Per forma nc e  enha n ce m ent   of   solar   photovol taic   sys te m  using   novel   Maxim um   Pow e r  Point   Tr ac kin g ,"   Int ernati ona l  Journal  o f  El e ctr ic al   Powe r   &   Ene rgy   Syste ms ,  Vo l.  60 ,   p p .   1 - 5 ,  2014.   [28]   Mirbaghe ri ,   S. Z.,  S.   Mekhilef,  an d  S.M.  Mirh assani,   " MP PT  with   Inc . Cond   Metho d  using  Conv entional  Interle ave d   Boost Conve rt er ,"   En ergy   Procedia ,  Vol .   42 ,   p p .   24 - 32 ,  2013 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.