T E L K O M N I K T elec o m m un ica t io n,  Co m pu t ing ,   E lect ro nics   a nd   Co ntr o l   Vo l.   18 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 2 0 ,   p p .   2 9 9 9 ~3 0 1 0   I SS N:  1 6 9 3 - 6 9 3 0 ,   ac cr ed ited   First Gr ad b y   Kem en r is tek d i k ti,  Dec r ee   No : 2 1 /E/KPT /2 0 1 8   DOI : 1 0 . 1 2 9 2 8 /TE L KOM NI K A. v 1 8 i6 . 1 7 2 7 1     2999       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //jo u r n a l.u a d . a c. id /in d ex . p h p /TELK OM N I K A   A robus ma x imu m po wer poin t r a cking   co ntrol for  P pa nel  using  ada ptive PI  contro ller  ba sed  o n f uzzy  log ic         Sla m et 1 E s t ik o   Rij a nt o 2 Asep Nug ro ho 3 ,   R.   A.   G ha ni 4   1 Re se a rc h   a n d   De v e lo p m e n t   Ce n t e fo El e c tri c it y ,   Ne w,  Re n e wa b l e   En e rg y   a n d   En e rg y   C o n se rv a ti o n   Tec h n o lo g y   of   M in istr y   o f   En e r g y   a n d   M in e ra Re so u rc e s ,   In d o n e sia     2 ,3 Re se a rc h   Ce n ter fo El e c tri c a P o we a n d   M e c h a tro n ics ,   In d o n e sia n   In stit u te  o S c ien c e s,  In d o n e si a   4 M a lay sia - Ja p a n   In tern a ti o n a l   In s t it u te  o Tec h n o l o g y ,   Un iv e rsiti   T e k n o l o g M a lay sia ,   M a lay sia       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   3 ,   2 0 2 0   R ev is ed   J u n   1 3 ,   2 0 2 0   Acc ep ted   J u l 2 0 ,   2 0 2 0       M o s t   m e t h o d s   o f   m a x i m u m   p o w e r   p o i n t   t r a c k i n g   ( M P P T )   f o r   p h o t o v o l t a i c   ( P V )   f o c u s   o n l y   o n   t r a c k i n g   p e r f o r m a n c e   w h i l e   r o b u s t n e s s   a g a i n s t   d i s t u r b a n c e s   h a s   r a r e l y   b e e n   a d d r e s s e d .   T h i s   p a p e r   p r o p o s e s   a   n e w   M P P T   c o n t r o l   m e t h o d   t h a t   p r o v i d e s   r o b u s t n e s s   a g a i n s t   d i r e c t   c u r r e n t   ( DC )   l i n k   v o l t a g e   d i s t u r b a n c e   a s   w e l l   a s   g o o d   t r a c k i n g   p e r f o r m a n c e .   T h e   m e t h o d   u s e s   i n d i r e c t   M P P T   c o n t r o l   t o p o l o g y   w h i c h   i n c o r p o r a t e s   t w o   c o n t r o l l e r s .   F o r   t h e   e x t e r n a l   c o n t r o l l e r ,   w e   u s e   a n   a d a p t i v e   p r o p o r t i o n a l - i n t e g r a l   ( P I )   c o n t r o l   w h i c h   i s   r e a l - t i m e   t u n e d   b y   f u z z y   l o g i c   ( F L ) .   N e w   m e m b e r s h i p   f u n c t i o n s   a n d   r u l e   b a s e   a r e   p r o p o s e d   u s i n g   o n l y   o n e   f u z z y   i n p u t   v a r i a b l e   a n d   1 0   f u z z y   r u l e s .   T h e   i n t e r n a l   c o n t r o l l e r   i s   a   P I   c o n t r o l l e r .   T h e   P V   p a n e l   i s   c o n n e c t e d   t o   a   b o o s t   D C - D C   c o n v e r t e r .   T h e   p r o p o s e d   M P P T   c o n t r o l   i s   c o m p a r e d   w i t h   t h e   f u z z y   l o g i c   c o n t r o l l e r   ( F L C ) .   P e r f o r m a n c e   i s   e v a l u a t e d   u n d e r   D C   l i n k   v o l t a g e   d i s t u r b a n c e ,   s t e a d y - s t a t e   c o n d i t i o n ,   a n d   r a p i d   s o l a r   r a d i a t i o n   c h a n g e s .   S i m u l a t i o n   r e s u l t s   i n d i c a t e   t h a t   t h e   p r o p o s e d   m e t h o d   p r o v i d e s   4 1 . 2   %   b e t t e r   r o b u s t n e s s   a g a i n s t   D C   l i n k   v o l t a g e   d i s t u r b a n c e   a s   c o m p a r e d   t o   t h e   d i r e c t   F L C .   E x p e r i m e n t a l   r e s u l t s   u n d e r   n a t u r a l   c l i m a t e   c o n d i t i o n s   w i t h   r e a l   s o l a r   r a d i a t i o n   v a l i d a t e   t h a t   t h e   p r o p o s e d   m e t h o d   w o r k s   w e l l   i n   r e g u l a t i n g   t h e   M P P   a t   s t e a d y - s t a t e   s o l a r   i r r a d i a n c e   a s   w e l l   a s   i n   t r a c k i n g   t h e   M P P   t o w a r d s   r a p i d   s o l a r   i r r a d i a n c e   c h a n g e s .   I t   y i e l d s   t h e   P V   p o w e r   t r a c k i n g   s p e e d   o f   9 5 . 7 5   W / s .   K ey w o r d s :   Ad ap tiv e   DC - DC   co n v er ter     Fu zz y   lo g ic   Ma x im u m   p o wer   p o i n t tr ac k in g     Ph o to v o ltaic    Pro p o r tio n al   in teg r al    T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   E s tik o   R ijan to   R esear ch   C en ter   f o r   E lectr ical   Po wer   an d   Me ch at r o n ics,    I n d o n esian   I n s titu te  o f   Scien c es ( L I PI) ,   Kam p u s   L I PI,   San g k u r ian g   St. ,   Gd . 2 0 ,   B an d u n g   4 0 1 3 5 ,   I n d o n esia,   E - m ail: e s tik o . r ijan to @ lip i.g o . id ,   esti k o r ijan to @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   E l e c t r i c   p o w e r   g e n e r a t e d   f r o m   a   p h o t o v o l t a i c   ( P V )   p a n e l   d e p e n d s   o n   t h e   i n t e n s i t y   o f   s o l a r   r a d i a t i o n   a n d   t e m p e r a t u r e .   T h e r a r e   s e v e r a l   m a i n   f ac t o r s   w h i c h   a f f e c t h e   m a x i m u m   e l e c t r i c   p o we r   o u t p u t   i n c l u d i n g     s h o r t - c i r c u i t   c u r r e n t ,   o p e n - c i r cu i t   v o l t a g e ,   a n d   t h e   m a x i m u m   p o w e r   v o l t a g e   a n d   c u r r e n t .   I n   g e n e r a l ,   e l e c t r ic   p o w e r   g e n e r a t e d   f r o m   a   P V   p a n e l   i s   s e n t   t o   a   d i r e c t   c u r r e n t - d i r e c t   c u r r e n t   ( DC - DC )   c o n v e r t e r .   T h e   e l e c t r i c   p o w e r   o u t p u t   f r o m   t h e   c o n v e r t e r   i s   s e n t   t o   a   d i r e c t   c u r r e n t - a lt e r n a t i n g   c u r r e n ( DC - AC )   in v e r t e r ,   c a n   b e   d i r ec t l y   u s e d   f o r   b a t t e r y   c h a r g e r s ,   o r   e v e n   d i r e c t l y   s e n t   to   t h e   l o a d   i f   t h e   P V   s y s t e m   is   o f f - g r i d .   A   m a x i m u m   p o w e r   p o i n t   t r a c k i n g   ( M PP T )   c o n t r o l   s y s t e m   is   n e e d e d   t o   m a x i m i z e   p o w e r   c o n v e r s i o n   u n d e r   d i f f e r e n t   c l i m at i c   c o n d i ti o n s .   A r t i c l es   o n   M PP T   c o n t r o l   f o r   P V   p a n e l s   h a v b e e n   w i d e l y   p u b l i s h e d .   A cc o r d i n g   t o   t h e   p r e v i o u s   s u r v e y   a n d   c o m p a r i s o n     s t u d i es   [ 1 - 3 ] ,   t h e   p u b l i s h e d   M P P T   m et h o d s   m a y   b e   c l a s s i f i e d   as   f o l l o w s :   C o n v e n t i o n a l   m e t h o d s   s u c h   a s   i n c r e m e n t a l   c o n d u c t i o n   ( I C ) ,   p e r t u r b   a n d   o b s e r v e d   ( P O ) ,   h i l l   c l i m b i n g   ( H C ) ,   a n d   t h e   i m p r o v e d   v e r s i o n s   o f   t h e m Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                    I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l Vo l.  18 ,   No .   6 Dec em b e r   2 0 2 0 :   2 9 9 9   -   3 0 1 0   3000   S o f t   c o m p u t i n g   m et h o d s   i n c l u d i n g   a r t i f i ci a n e u r a l   n et w o r k s   ( A N N ) ,   f u z z y   l o g i c   c o n t r o l   ( FLC ) ,   a n d   e v o l u t i o n a r y   a l g o r i t h m s   ( E A ) ;   a n a l y ti c a l   m et h o d s   s u c h   as   g o l d e n   s ec t i o n   o p t i m i z a ti o n   a n d   e x t r e m u m   s e a r c h i n g ;   a n d   f e e d b a c k   c o n t r o l   u s i n g   d P / d V   o r   d P / d I .   W ca n   also   class if y   MPPT  c o n tr o l   m eth o d s   in to   d ir ec t   M PP T   co n tr o l   an d   in d i r ec MP PT  co n tr o l.     co n tr o ller   th at  m ax im izes  p o wer   co n v er s io n   b y   d ir ec tly   m o d if y in g   th d u ty   r atio   is   d ir ec MPP T   co n tr o l.   Sev er al  ar ticles  o n   d ir ec t   MPPT  co n tr o m et h o d   h av e   b ee n   p u b lis h ed   i . e.   p e r tu r b   an d   o b s er v ( PO )   [ 4,   5 ] ,   m o d if ied   PO  [ 6] ,     I C   [ 4,   5,   7,   8 ] ,   in cr e m en tal  r esis tan ce   ( I R )   [ 9] cu c k o o   s ea r ch   alg o r ith m   ( C SA)   [ 1 0 ] ,   I C M   with   f u zz y   l o g ic  [ 11] ,   FLC  [ 12 - 2 0 ] ,   a d ap tiv FLC  b ased   o n   two   la y er s   FLC  [ 21] ,   FL C   u s in g   au to   s ca lin g   v ar iab le  s tep - s ize  [ 22] ,   an d   co n s tan PID   co n tr o [ 15,   1 6 ] .   Gen etic  alg o r ith m   ( GA)   is   u s ed   to   o p tim ize  co n s tan t   p r o p o r tio n al - in te g r al  ( PI )   c o n tr o [ 23] ,   An co lo n y   alg o r ith m   ( AC O)   is   u tili ze d   f o r     o p ti m izin g   co n s tan PI  co n tr o [ 24] g r ad ie n d escen d   m eth o d   is   ad o p ted   f o r   PID   co n tr o o p tim izatio n   [ 2 5 ] ,   FLC  is   u s ed   f o r   ad a p tiv e   PID   co n tr o [ 2 6 ,   2 7 ] ,   ad a p tiv s ca lin g   f ac to r   is   u s ed   f o r   f u zz y   g ain   s ch ed u lin g   ( FGS)  PID   co n tr o [ 2 8 ] ,   an d   B ig   B an g - B ig   C r u n ch   ( B B - B C )   al g o r ith m   is   u s e d   to   tu n e   f u zz y   PID   co n tr o ller   [ 2 9 ] .   I n   an   in d ir ec t M PP T   co n tr o an   ex ter n al  c o n tr o ller   s en d s   r ef er en ce   c o m m an d   s ig n al  to   an   in ter n al  co n tr o ller .   Fo r   th ex ter n al  co n t r o ller ,   v ar io u s   m eth o d s   h a v b ee n   p r o p o s ed   i.e .   d P/d f ee d b ac k   co n tr o [ 30 - 3 2 ] ,   m o d i f ied   PO  [ 3 3 ,   3 4 ] ,   a n d   PO  with   FLC  [ 35] .   Fo r   th in n er   lo o p   c o n tr o ller ,   s ev er al  co n tr o ller s   h av b ee n   p u b l is h ed   i.e .   p r o p o r tio n al  ( P)  [ 30,   3 1 ] ,   p r o p o r tio n al  in teg r al  ( PI)   [ 33 - 3 7 ] ,   th r o o t - lo cu s   tech n iq u b ased   PID   co n tr o ller   [ 3 8 ] ,   f u zz y   lo g ic  b ased   ad ap tiv PID   co n tr o ller   [ 39] ,   ad ap tiv MPPT  u s in g   au to - tu n in g   [ 4 0 ] ,   an d   c o n s tan co n tr o ller   b ased   o n   Yo u la   p ar am eter izatio n   [ 41 ] .   So m ar ticles  h av e   ca r r ied   o u co m p ar is o n s   b etwe en   th d ir ec PID   co n tr o l,   th d ir ec t   FLC,  an d     th d ir ec ad a p tiv PID   co n tr o b ased   o n   f u zz y   l o g ic.   T h ey   c o n clu d e d   th at  d ir ec FLC  is   b e tter   th an   th d ir ec PID   co n tr o l   [ 1 5 ,   1 6 ] .   T h e   d ir e ct  ad ap tiv e   P I Fu zz y   co n tr o l ler   p r o v id es  b etter   p e r f o r m an c th an   PO  m eth o d   [ 2 7 ] ,   th FGS  PID   co n tr o with   th ad ap tiv e   s ca lin g   f ac to r   g iv es  b etter   p er f o r m an ce   th an   PO  m eth o d   an d   co n s tan PID   co n tr o ller   [ 2 8 ] .   I t   is   im p o r tan t   to   n o te  t h at  th o s d ir ec ad ap tiv e   PID   co n tr o m e th o d s   in co r p o r ated   two   f u zz y   in p u v ar ia b les  wh ich   y ield   lar g n u m b er   o f   f u z zy   r u les:   7 5   r u les  in   [ 2 7 ] ,   an d   m an y   m o r e   r u les  in   [ 2 8 ] .   A d d itio n ally ,   t h ab o v d ir ec ad ap tiv PID   co n tr o l - b a s ed   MPPT  m eth o d s   wer o n ly   ev alu ated   th r o u g h   co m p u ter   s im u latio n s   an d   we r n o t   v alid ated   th r o u g h   e x p e r im en tal  s tu d ies.  I n   th e   in d i r ec MPPT  co n tr o l,     f u zz y   ad a p tiv PID   c o n tr o ll er   is   u s ed   i n   th e   in ter n al   lo o p   wh ile  th ex ter n al  lo o p   u s es  d y n a m ic  s et - p o i n t   ad ju s tm en m ec h an is m   [ 3 9 ] .   T h au th o r s   co n clu d ed   th at  th co n tr o ller   p r o d u ce d   b etter   tr ac k in g   ef f icien c y   as  co m p ar ed   to   PO,  in c r em en tal  c o n d u cta n ce   ( IC )   with   PI   r eg u lato r ,   FLC,  NN,   an d   ANFI S.  Ho wev er ,   th is   in d ir ec t   f u zz y   ad ap tiv e   PID   c o n tr o ller   n ee d s   3   s en s o r s   i.e .   c u r r e n s en s o r ,   tem p er atu r e   s en s o r ,   an d   a   s o lar   r a d iatio n   s en s o r .   Mo r eo v er ,   th f u zz y   lo g ic  in v o lv es a s   m u c h   as  1 4 7   r u les.   T h o b jectiv o f   th is   p a p er   is   t o   d esig n   an   MPPT  c o n tr o l   wh i ch   g iv es  r o b u s tn ess   p er f o r m an ce   ag ain s DC   lin k   v o ltag d is tu r b an ce ,   g o o d   r e g u latio n   p e r f o r m an ce ,   an d   s atis f ac to r y   tr ac k in g   p er f o r m an ce   u n d er   r ap id   s o lar   r ad iatio n   ch a n g es.  n e MPPT  co n tr o l   m eth o d   f o r   PV  p an el   is   p r o p o s ed   b ased   o n   in d ir ec t   MPPT   co n tr o to p o lo g y .   T h c o n tr o ll er   o n ly   n ee d s   2   s en s o r s   an d   a s   less   a s   1 0   f u zz y   lo g ic   r u les.  I ts   p er f o r m a n ce   is   co m p ar ed   to   a   d ir ec t   FLC.  Fu r th er m o r e ,   th e   ef f ec tiv e n ess   o f   th p r o p o s ed   MPPT  co n tr o m eth o d   is   v er if ie d   th r o u g h   ex p er im en ts   u n d er   n atu r al  clim ate  co n d itio n s   with   r e al  s o lar   r ad iatio n .     T h is   p ap er   is   o r g an ized   as  f o llo ws ;   s ec tio n   1   is   th e   in tr o d u ctio n .   Sectio n   2   d escr ib es  th r esear ch   m eth o d   in clu d in g   m o d elin g   o f   th PV  m o d u le,   m o d elin g   o f   t h PV  b o o s co n v er ter ,   p r ev io u s   s tu d ies  o n   MPPT   u s in g   f u zz y   lo g ic  an d   PID   co n t r o l,  an d   th p r o p o s ed   f u zz y   ad ap tiv PI  MPPT  co n tr o l.  Secti o n   3   p r esen ts   r esu lts   an d   an aly s is Fin ally ,   th c o n c lu s io n   is   d r awn   in   s ec tio n   4.       2.   RE S E ARCH   M E T H O D   2 . 1 .     M o delin g   o f   t he  P m o du le   R elatio n s h ip   b etwe en   cu r r e n an d   v o lta g o f   a   PV m o d u le  is   g iv en   b elo [ 42 - 4 4 ] .       = { [ ( + ) ] 1 } +                ( 1 )     =                    ( 2 )     T h PV  m o d u le   g en e r ates  cu r r en I   an d   v o ltag V I is   lig h cu r r e n t,  I is   s atu r ated   d io d e   r ev er s cu r r en t,   R S   an d   R SH    a r e q u iv alen t   s er ial  an d   p a r allel  r esis tan ce s .   N S   is   th n u m b er   o f   PV   ce lls   co n n ec ted   in   s er ies  in     th PV  m o d u le,   n   is   p - n   ju n ctio n   f ac to r ,   k   is   th B o ltzm an n ' s   co n s tan t,  T   is   PV  p an el  te m p er atu r e,   an d   q   is     th elec tr o n   c h ar g e.   PV  ce ll  m an u f ac t u r er s   u s u ally   p r o v id v alu es  at  s tan d ar d   test in g   co n d itio n s   ( STC)     ( 1 0 0 0   W /m 2 ,   2 5   °C )   o f   s h o r t - cir cu it  cu r r e n  ,   o p en - cir cu it  v o ltag  ,     m ax im u m   p o wer   p o in ( MPP)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         A   r o b u s t m a ximu p o w er p o i n t tra ck in g   co n tr o l fo r   P V   p a n el  u s in g   a d a p tive  P I   c o n tr o ller   b a s ed   ( S l a met )   3001   cu r r en ,   m ax im u m   p o wer   p o i n t v o ltag ,   an d   th n u m b er   o f   ce lls     S o m e   p a r a m e t e r   v a l u e s   d e p e n d   o n   s o l a r   i r r a d i a n c e   a n d   t h e   p a n e l   t e m p e r a t u r e .   T h e y   a r e   e x p r e s s e d   b e l o w ;     = ( )                   ( 3 )     = [  + 1 ]                 ( 4 )     0 = 0 ( ) 3  [ (  ) ( 1 1 ) ]               ( 5 )     1   is   co ef f icien o f   s h o r cir cu it  c u r r en t,  = ,   an d   b an d - g ap   en er g y   .   PV   ar r ay   th at  is   co n s tr u cted   b y   PV m o d u les in   s er ies an d   p ar allel  co n n ec tio n ,   p o s s eses   th f o llo win g   r elatio n s h ip s .     =   { [ ( +  )   ] 1 } +               ( 6 )     =                       ( 7 )     N SS   an d   N PP   d en o te  n u m b e r   o f   m o d u les co n n ec ted   in   s er ies a n d   p ar allel,   r esp ec tiv ely .   F i g u r e   1   s h o ws   t h e   P - V   c h a r a c te r i s ti c s   o f   t h e   P V   p a n el   u s e d   i n   t h i s   p a p e r   u n d e r   v a r i o u s   s o l a r   ir r a d i a n c e .   T h e   P V   m o d u l e   h as   m a x i m u m   p o w e r   p o i n t   ( M PP )   at   a n y   t im e   u n d e r   d i f f e r e n t   c l i m a t e   c o n d i t i o n s .   T h e   v al u e   o f   M P P   c a n   b e   c a l c u l at e d   b y   t h e   g r a d i e n t   o f   p o w e r   v a r i a t i o n   a g a i n s t   v o l t a g e   v a r i a t i o n ,   e   =   d P / d V,   e q u a l s   z e r o .   W h e n   t h e   v o l t a g e   i s   l e s s   t h a n   t h e   M P P   v o l ta g e   i t   is   p o s it i v e ,   o p p o s i t e l y   w h e n   it   i s   l a r g e r   t h a n   t h e   M P P   v o lt a g e     t h e   g r a d i e n t   is   n e g a t i v e .   T h e   r el a t i o n s h i p   b e t w e e n   p o w e r   a n d   v o l t a g e   c a n   b e   s h o w n   i n   F i g u r 2 .           Fig u r 1 . P - ch a r ac ter is tics   o f   th PV p an el           Fig u r 2 .   d P/d V - ch ar ac ter is tics   o f   th PV p an el       2 . 2 .     P DC - DC  bo o s t   c o nv e rt er   m o del   T h PV  p an el  is   co n n ec ted   to   DC - D C   b o o s co n v er ter .   s m all - s ig n al  m o d el  o f   th co n v er ter   h as  b ee n   d er iv e d   an d   p r o v en   th r o u g h   ex p er im e n ts   [ 45] .   Dete r m i n atio n   o f   th d y n am ic  m o d el  o f   th DC - DC   b o o s t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                    I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l Vo l.  18 ,   No .   6 Dec em b e r   2 0 2 0 :   2 9 9 9   -   3 0 1 0   3002   co n v er ter   in   PV  s y s tem   ca n   b ca lcu lated   with   th s am ap p r o ac h .   T h d y n am ic  eq u atio n   ca n   b ca lcu lated   as f o llo ws ;     ( )  + ( ) =  ( ) ( )               ( 8 )      ( )  =   ( )  ( )               ( 9 )     ,     d e n o t e   i n d u c t a n c e ,   i n t e r n a l   r e s i s t a n c e ,   a n d   i n p u t   c a p a c i t o r   i s   i n d u c t o r   c u r r e n t ,   a n d     r e p r e s e n t s   s w i t c h i n g   m o d e .      i s   d y n a m i c   r e s i s t a n c e   o f   t h e   P V   p a n e l .   T h e   c o n v e r t e r   o p e r a t e s   i n   c l o s e d   m o d e   ( o n )   w h e n   = 1   a n d   i n   o p e n   m o d e   ( o f f )   w h e n   = 0 .   T h e   r e l a t i o n s h i p   b e t w e e n   i n p u t   a n d   o u t p u t   v o l t a g e s   i s   e x p r e s s e d   a s   f o l l o w s :      = ( 1 )                   ( 10 )     wh er   d en o tes d u ty   r atio .   T h e   d y n am ic  r esis t an ce      is   g iv en   b y   th f o llo win g   eq u atio n ,      =                     ( 1 1 )     2 . 3 .     P re v io us   s t ud y   o M P P T   us i ng   f uzzy   lo g ic  a nd   P I D   co ntr o l   In   t h i s   s e c t i o n   d i f f e r e n t   M P P T   c o n t r o l   m e t h o d s   p r e v i o u s l y   p u b l i s h e d   a r e   r e v i s i t e d .   T h o s e   a r e   d i r e c t   M P P T   F L C ,   d i r e c t   M P P T   u s i n g   a d a p t i v e   P I D - F L C ,   a n d   i n d i r e c t   M P P T   u s i n g   a d a p t i v e   P I D - F L C .   I n   a   d i r e c t   M P P T   F L C ,   t h e   f u z z y   l o g i c   c a l c u l a t e s   t h e   d u t y   r a t i o .   E r r o r   s i g n a l   d P / d V   a n d   i t s   r a t e   o f   c h a n g e   a r e   u s e d   a s   f u z z y   i n p u t   v a r i a b l e s   [ 11 - 1 3 ] .   E a c h   i n p u t   a n d   o u t p u t   v a r i a b l e   h a s   f i v e   f u z z y   s e t s ,   a n d   2 5   f u z z y   r u l e s   w e r e   u s e d   [ 12,   1 3 ] .   I n   [ 1 2 ]     t h e   p e r f o r m a n c e   w a s   a s s e s s e d   o n l y   b y   c o m p u t e r   s i m u l a t i o n   a n d   w i t h o u t   s o l a r   i r r a d i a n c e   r a p i d   c h a n g e .   I n   [ 1 3 ]     t h e   p e r f o r m a n c e   w a s   v e r i f i e d   t h r o u g h   c o m p u t e r   s i m u l a t i o n   a n d   e x p e r i m e n t s .   I t   c a n   b e   o b s e r v e d   t h a t   i t   p r o d u c e d   g o o d   t r a c k i n g   p e r f o r m a n c e   b u t   o s c i l l a t i o n   e x i s t e d   a t   t h e   s t e a d y - s t a t e   c o n d i t i o n s .   E a c h   i n p u t   a n d   o u t p u t   v a r i a b l e s   u t i l i z e d   s e v e n   f u z z y   s e t s ,   a n d   t h e   r u l e   b a s e   c o n s i s t e d   o f   4 9   f u z z y   r u l e s   [ 1 4 ] .   A   c o m p u t e r   s i m u l a t i o n   w a s   c o n d u c t e d   t o   a s s e s s   i t s   p e r f o r m a n c e .   T h e   r e s u l t s   d e m o n s t r a t e d   t h a t   t h e   c o n t r o l l e r   c o u l d   g i v e   d y n a m i c   r e s p o n s e   a g a i n s t   s o l a r   i r r a d i a n c e   c h a n g e   b u t   w i t h   a   s l o w   r e s p o n s e .   F i g u r e   3   s h o w s   a   b l o c k   d i a g r a m   o f   a   d i r e c t   M P P T   a d a p t i v e   P I D   c o n t r o l   b a s e d   o n   f u z z y   l o g i c   [ 2 7 ] .   I t   i s   t e r m e d   a s   d i r e c t   M P P T   a d a p t i v e   P I D - F L C .   T h e   s i m u l a t i o n   r e s u l t s   i n d i c a t e d   t h a t   t h e   c o n t r o l l e r   c o u l d   t r a c k   t h e   M P P   b e t t e r   t h a n   t h e   w e l l - k n o w n   P O   m e t h o d   [ 2 7 ] .           Fig u r 3 .   Dir ec t M PP T   ad ap ti v PID - FLC  [ 27]       T h e   PID   co n tr o ller   ca lcu late s   th d u ty   r atio   u s in g   t h er r o r   s ig n al  d P/d V.   T h PID   c o n tr o ller s   p ar am eter   v alu es  ar e   au to - t u n e d   u s in g   f u zz y   lo g ic.   T h e   f u zz y   lo g ic  u s es  two   f u zz y   in p u v ar iab les  i.e .   th e r r o r   s ig n al  d P/d an d   its   r ate  o f   c h an g e.   E ac h   f u zz y   in p u an d   o u tp u v ar iab les  ar d i v id ed   i n to   f iv f u zz y   s ets.  Ho wev er ,   ex p lan atio n   r eg ar d i n g   m em b er s h ip   f u n ctio n ,   f u z zy   in p u an d   o u tp u v ar ia b les,  f u zz if icatio n ,   an d   d ef u zz if icatio n   m eth o d s   c o u ld   n o t b f o u n d   [ 2 7 ] .   No   ex p er i m en t r esu lt wa s   r ep o r ted .   An   in d ir ec MPPT  ad ap tiv P I co n tr o u s in g   f u zz y   lo g ic  was  p u b lis h ed   co n s is tin g   o f   an   ad ap tiv e   PID   cu r r en c o n tr o ller   a n d   a   s et  p o in tr ac k e r   [ 3 9 ] .   I is   n am ed   as  in d ir ec MPPT  ad ap tiv PI D - FLC.  T h MPPT  m eth o d   g i v es  lar g er   ef f icien c y   wh en   co m p a r ed   to   PO,  I NC ,   f u zz y   lo g ic,   a n d   ANFI u n d er   f ast  s o lar   ir r ad ia n ce   ch an g es  [ 3 9 ] .   T h e   s etp o in tr ac k er   ca lcu lates  th cu r r e n s et  p o in u s in g   s o lar   ir r ad ia n c e ,   th PV  m o d u le   tem p er atu r e,   an d   d atash ee f r o m   th e   m an u f ac tu r e r .   A   s p ec if ic  f ac to r   is   also   n ee d ed   [ 4 6 ] .   T h PID   co n t r o ller   g ets  cu r r en r ef e r en ce   f r o m   th s etp o in tr ac k er   an d   s en d s   d u ty   r atio   to   th s witch in g   d r iv er .   T h f u zz y   lo g ic   tu n es  th PID   co n tr o ller s   g a in   v alu es   in   r ea tim m an n er .   T h f u zz y   lo g ic  u s es  two   in p u ts   th o s ar   th cu r r en e r r o r   s ig n al  an d   it s   r ate  o f   ch an g e .   E ac h   f u zz y   i n p u an d   o u tp u v ar iab les  ar d iv id ed   in to   s ev en   f u zz y   s ets.  I ts   f u zz y   r u le  b ase  i n v o lv es  1 4 7   r u les.  T h r e q u ir e m en o f   th e   m en tio n ed   th r ee   s en s o r s   an d   th q u ite   am o u n o f   f u zz y   r u les m ig h t p r o h ib it th m et h o d   t o   b im p le m en ted .     0 P I D   C o n t r o l l er F u z z y   P ID   P a r a m et er   s c h ed u l i n g E r r o r   G en er a t o r P h o t o v o l t a i c S y s t em d e/ d t V p v I p v d P / d V _ + e e Ce D u t y   r a t i o D Kp Ki Kd   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         A   r o b u s t m a ximu p o w er p o i n t tra ck in g   co n tr o l fo r   P V   p a n el  u s in g   a d a p tive  P I   c o n tr o ller   b a s ed   ( S l a met )   3003   2 . 4   T he  pro po s ed  f uzzy   a da ptiv P I   M P P T   co ntr o l   T h is   p ap er   p r o p o s es  n ew  MP PT  m eth o d   wh ich   in co r p o r ates  an   in ter n al  PI  co n tr o ller   an d   a n   ex ter n al  ad ap tiv PI  co n tr o ller   wh ic h   i s   au to - tu n ed   b y   an   FLC.  T h ad v an tag es  o f   th is   MPPT  m eth o d   ar e   two   f o l d s it   o n ly   r e q u ir es  two   s en s o r s   f o r   v o ltag an d   cu r r en m ea s u r em en ts th FLC  o n ly   n ee d s   o n f u zz y   in p u an d   1 0   f u zz y   r u les.  Mo r eo v er ,   th is   in d ir ec MPPT  to p o lo g y   ca n   en h an ce   r o b u s tn ess   ag ain s t   DC   l in k   v o ltag e   d is tu r b an ce   wh ile  m ain tain i n g   g o o d   tr ac k in g   r esp o n s to w ar d s   f ast  s o lar   r ad iatio n   c h an g es.  Fig u r 4   s h o ws  b lo ck   d iag r am   o f   th p r o p o s ed   MPPT  co n tr o l.           Fig u r 4 .   T h p r o p o s ed   i n d ir e ct  MPPT  co n t r o b ased   o n   ad a p tiv PI  co n tr o u s in g   f u zz y   l o g ic       T h e   in ter n al  PI   co n tr o ller   is   u s ed   to   r eg u late   th PV  v o ltag    s o   th at  it   tr ac k s   t h r e f er en ce   T h r ef er e n ce   is   g en er ated   b y   t h ex ter n al  ad a p tiv PI  co n tr o l ler   in   s u ch   way   s o   th at  =      b ein g   ze r o .     is   g iv en   b y   t h ex ter n al  ad ap ti v PI  co n tr o ller   in   ( 1 2 ) .       ( ) = ( ) ( )  0               ( 1 2 )     I n itial  v alu es  o f   th ad a p tiv PI  co n tr o ller s   g ain s   ar   (  ,  ) .   T h co n tr o ller   p a r am eter s   v alu es   ( , )   ar e   au to   tu n e d   b y   f u zz y   l o g ic  as f o llo ws ;     =  +                   ( 1 3 )     =  +                   ( 1 4 )     T h FLC  o n ly   u s es  th er r o r   s ig n al  as  th in p u an d   ca lcu lat es  th f u zz y   o u tp u v ar iab les    an d     .   E ac h   f u zz y   in p u t   an d   o u tp u t   v ar ia b les  ar d i v id ed   in to   f iv e   f u zz y   s ets,  v iz.   n eg ativ e   b i g   ( NB ) ,   n eg ativ s m all  ( NS) ,   ze r o   ( Z ) ,   p o s itiv s m all  ( PS ) ,   a n d   p o s itiv b ig   ( PB ) .   t o tal  n u m b er   o f   o n ly   1 0   r u les  ar n ec ess ar y   as sh o wn   in   T ab le  1 .   T h is   r ed u ce s   th e   co m p u tatio n   b u r d e n   s o   th at  it  is   m o r im p lem en tab le  as  co m p ar ed   to     th p r ev io u s ly   p u b lis h ed   m eth o d s   d escr ib ed   in   th p r ev io u s   s ec tio n .       T ab le  1 .   R u le  b ase  f o r   th f u z zy   o u p u t v ar ia b les   O u t p u t   I n p u t :   Er r o r   ( )   NB   NS   Z   PS   PB     NB   NS   Z   PS   PB     NB   NS   Z   PS   PB       3.   RE SU L T A ND  AN AL Y SI S   T h p r o p o s ed   MPPT  m eth o d   h as  b ee n   im p lem en ted   in to   co m p u ter   s im u latio n   as  well  as  ex p er im en ts .   T h r o u g h   co m p u ter   s im u latio n s ,   its   p er f o r m an ce   is   co m p a r ed   with   th d ir ec FLC  to   ev alu ate  r o b u s tn ess   p er f o r m an ce   a g ain s DC   lin k   v o ltag d is tu r b an ce   an d   tr ac k i n g   p er f o r m an ce   to war d s   s o lar   ir r ad ian ce   s tep - lik e   ch an g es  as  well  as  s tead y - s tate  co n d itio n s .   T h en ,   its   ef f ec t iv en ess   is   v alid ated   th r o u g h   ex p er im en ts   u n d er   n atu r al  clim ate  co n d itio n s   with   r ea l so lar   r a d iatio n .     3 . 1 .     Sim ula t i o n   C o m p u ter   s im u latio n   is   co n d u cted   u s in g   p h y s ical  m o d el  r ep r esen ted   in   Simu lin k ® .   T h PV  m o d el  is   b u ilt  u s in g   S - f u n ctio n ,   th e   c o n v er ter   is   b u ilt  u s in g   Simu lin k   m o d el  c o m p o n en ts ,   an d   d is cr ete  tim co n tr o ller   is   d esig n ed .   So lar   ir r ad ian ce   is   v ar ied   an d   th p r o d u ce d   PV  p o wer   is   ev alu ated .   Fo r   p er f o r m an ce   co m p ar is o n   s tu d y ,   a   d ir ec MPPT  FLC  h as   also   b ee n   d esig n e d   u s in g   er r o r   s ig n al  e   an d   its   r ate  o f   ch an g d as f u zz y   in p u   PV M o d u l e DC - D C   Boo s t   C on v er t er P W M I n t e r n a l   P I C o n t r o l l e r A d a p t i v e   P I   C o n t r o l l e r V p v I p v V r e f d P / d V Δ Kp Δ Ki e 0 V d c _ l i n k F u z z y   L o g i c   C o n t r o l l e r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                    I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l Vo l.  18 ,   No .   6 Dec em b e r   2 0 2 0 :   2 9 9 9   -   3 0 1 0   3004   v ar iab les.  Fiv m em b er s h ip   f u n ctio n s   ar u s ed   f o r   ea ch   f u zz y   in p u t.  T h d u ty   r atio   is   u s ed   as  th f u zz y   o u tp u t   v ar iab le.   Fig u r es  5   an d   6   s h o its   m em b er s h ip   f u n ctio n s   o f   f u zz y   in p u an d   o u t p u v ar i ab les,  r esp ec tiv ely .     T h v al u es  o f   ea ch   f u zz y   s et  a r d eter m in e d   b ased   o n   v alu es  d ev iatio n   o b tain ed   th r o u g h   s i m u latio n .   I in v o lv es  to tal  n u m b e r   o f   2 5   r u les,  an d   Ma m d an i f u zz y   in ter f er en ce   m eth o d   is   u s ed .           ( a)   ( b )     Fig u r 5 .   Me m b er s h ip   f u n ctio n s   o f   f u zz y   in p u t o f   t h d ir ec FLC:   ( a)   er r o r   s ig n al   e (b ra te   o c h a n g e   d e           Fig u r 6 .   M em b er s h ip   f u n ctio n s   o f   f u zz y   o u tp u t o f   th d i r ec t FL C   MPPT       T wo   k in d s   o f   test in g   h av b ee n   co n d u cted .   E ac h   o b jectiv a n d   s ce n ar io   a r as f o llo w:     T esti n g   1 .   I ts   o b jectiv is   to   ev alu ate  th r o b u s tn ess   p er f o r m an ce   o f   an   MPPT  co n tr o s y s tem   ag ain s DC   lin k   v o ltag d is tu r b an ce .   Du r in g   o p er atio n   u n d er   ce r tain   s o l ar   ir r a d ian ce   co n d itio n s ,   a   d is tu r b an ce   is   s u d d en ly   ap p lied   in   th DC   lin k   v o ltag e,   a n d   th p r o d u ce d   p o wer   is   o b s er v e d   to   ass es s   th ef f ec o f     th d is tu r b an ce   t o   PV p o wer .   Su ch   d is tu r b an ce   m ay   c o m f r o m   th lo a d   o r   t h g r i d .     T esti n g   2 .   I ts   o b jectiv e   is   to   ev alu ate  tr ac k in g   p e r f o r m an ce   to war d s   th v ar iatio n   o f   s o lar   ir r ad ian ce   as  well  as  r eg u latio n   p er f o r m an ce   u n d er   s tead y - s tate  co n d itio n s   th r o u g h o u v ar io u s   s o lar   ir r ad ia n ce s .   I ts   s o lar   ir r ad ian ce   p r o f ile  is   co m p o s ed   o f   s tep - lik ch an g es with   d if f er en t slo p es a n d   d if f er en t step   h ig h t in   s m all,   m ed iu m ,   a n d   h i g h   s o lar   ir r ad i an ce   zo n es.   I n   test in g   1   s o lar   ir r ad ian ce   i s   s et  co n s tan at   7 7 0   ( W /m 2 )   wh ile  th DC   lin k   v o ltag e   is   o r ig in ally     3 0   ( V) .   Sin ce   it  is   in   s tead y - s ta te  co n d itio n   th p o we r   p r o d u c ed   b y   th PV  p an el  is   ass e s s ed   b y   co m p a r in g   with   th s tatic  P - cu r v in   Fig u r e   2 .   Su d d en ly   th e   DC   lin k   v o lta g d r o p s   to   2 5   ( V) ,   a n d   th PV   p o wer   is   m o n ito r ed   to   o b s er v its   d y n am ics.   Fig u r es 7   ( a )   a n d   ( b )   p l o t p o wer   p r o d u ce d   b y   th e   PV p a n el  u s in g   t h p r o p o s ed   MPT T   co n tr o m eth o d   an d   th d ir ec FLC,  r esp ec tiv ely .   T h h o r iz o n tal  ax is   d en o tes  tim in   s ec o n d s   an d   th v er tical  ax is   r ep r esen ts   p o wer   in   W att.     I n   test in g   2 ,   th e   s o lar   ir r a d ian c p r o f ile  is   g en er ate d   as  s h o wn   in   Fig u r e   8 .   T ab le  2   lis ts   u p   s t ea d y - s tate  v alu ( SS V)   an d   s lo p v al u e   ( SV)   o f   e ac h   s o lar   i r r ad ian c co n d itio n .   Fig u r e   9   s h o ws  th co r r esp o n d in g   s im u latio n   r esu lts .   Fro m   v is u a l o b s er v atio n ,   it   is   o b v io u s   t h a t th p r o p o s ed   m eth o d   ca n   tr ac k   m ax im u m   p o wer   p o in ts   u n d e r   v ar y in g   s o lar   ir r a d ian ce   an d   ca n   r e g u late  it in   s tead y - s tate  co n d itio n .   Per ce n tag o f   p o wer   d r o p ,    ( % ) ,   is   u s ed   f o r   q u an titativ ass ess m en o f   r o b u s tn ess   p er f o r m a n ce   ag ain s t D C   lin k   v o ltag d is tu r b an ce .   T h e   s m aller   v alu in d ic ates b etter   r o b u s tn ess   p er f o r m an ce .      ( % ) = ( ) ( 1 00 )                 ( 1 5 )     w h e r e     i s   t h e   a v e r a g e   o f   m a x i m u m   p o w e r   u n d e r   n o r m a l   o p e r a t i o n ,     i s   t h e   a v e r a g e   o f   m i n i m u m   p o w e r   u n d e r   d i s t u r b a n c e .   O n   t h e   o t h e r   h a n d ,   t h e   a m o u n t   o f   e n e r g y   i s   u s e d   f o r   t h e   q u a n t i t a t i v e   e v a l u a t i o n   o f   t r a c k i n g   p e r f o r m a n c e   a n d   r e g u l a t i o n   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   M P P T   m e t h o d s .   T h e   a m o u n t   o f   e n e r g y   ( J o u l e )   i s   c a l c u l a t e d   a s   f o l l o w s:     ( ) =  ( )  0                 ( 1 6 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         A   r o b u s t m a ximu p o w er p o i n t tra ck in g   co n tr o l fo r   P V   p a n el  u s in g   a d a p tive  P I   c o n tr o ller   b a s ed   ( S l a met )   3005   T h lar g er   v alu in d icate s   b etter   tr ac k in g   an d   r eg u latio n   p er f o r m an ce .     T a b l e   3   s u m m a r i z e s   r o b u s t n e s s   p e r f o r m a n c e   u n d e r   t e s t i n g   1 ,   a n d   t r a c k i n g   a s   w e l l   a s   r e g u l a t i o n   p e r f o r m a n c e   u n d e r   t e s t i n g   2 .   F r o m   t h i s   t a b l e ,   i t   c a n   b e   s a i d   t h a t   t h e   p r o p o s e d   M P P T   c o n t r o l   m e t h o d   h a s   b e t t e r   r o b u s t n e s s   p e r f o r m a n c e   b u t   w o r s e   t r a c k i n g   a n d   r e g u l a t i o n   p e r f o r m a n c e   c o m p a r e d   t o   t h e   d i r e c t   F L C .   F r o m   T a b l e   3 ,   w e   c a n   c a l c u l a t e   ( 2 . 8 6 - 1 . 6 8 ) / 2 . 8 6   =   0 . 4 1 2 .   T h u s ,   t h e   r o b u s t   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   p r o p o s e d   i n d i r e c t   a d a p t i v e   P I - F L C   i s     4 1 . 2   %   b e t t e r   t h a n   t h a t   o f   t h e   d i r e c t   F L C .   O n   t h e   o t h e r   h a n d ,   t h e   r e g u l a t i o n   a n d   t r a c k i n g   p e r f o r m a n c e   d e g r a d a t i o n   o f   t h e   p r o p o s e d   m e t h o d   i n   t e s t i n g   2   i s   2 . 1 % .   H o w e v e r ,   i t   c a n   b e   o b s e r v e d   f r o m   F i g u r e   9   ( a )   a n d   F i g u r e   9   ( b )   t h a t   r e g u l a t i o n   p e r f o r m a n c e   d e g r a d a t i o n   o f   t h e   p r o p o s e d   m e t h o d   h a p p e n s   w h e n   s o l a r   i r r a d i a n c e   i s   a t   a r o u n d   2 0 0   ( W / m 2 / s )   a n d   1 0 0 0   ( W / m 2 / s ) .   F r o m   r e a l   m e a s u r e m e n t ,   i t   i s   k n o w n   t h a t   m o s t   o f   t h e   t i m e   w h e n   s o l a r   i r r a d i a n c e   i s   a v a i l a b l e   a t   t h e   l o c a t i o n   o f   t h e   e x p e r i m e n t   i t   i s   b e t w e e n   3 0 0   ( W / m 2 / s )   a n d   9 3 0   ( W / m 2 / s ) .   T h u s ,   t h e   t r a c k i n g   a n d   r e g u l a t i o n   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   p r o p o s e d   M P P T   c o n t r o l   m e t h o d   i s   s t i l l   a c c e p t a b l e .           ( a)   ( b )     Fig u r 7 R o b u s tn ess   p er f o r m an ce   tesi n g   ( T esti n g   1 ) ( a)   a d ap tiv PI - FLC ,   ( b )   d i r ec FLC           Fig u r 8 .   I r r ad ia n ce   p r o f ile  f o r   s tep   lik r ap id   c h an g e s   an d   s tead y - s tate   test in g   ( T esti n g   2 )       T ab le  2 .   Stead y - s tate  v alu ( S SV)   an d   s lo p v alu e   ( SV)   o f   ir r ad ian ce   No   P a r a me t e r   V a l u e       1   S S V   ( r i se   to   ( 1 )   ( 2 )      ( 4 )       ( 5 )       ( 9 )      -          ( W / m 2 )   2 0 0   3 0 0      600      700      10 00            2   S S V   ( f a l l   to   ( 3 )   ( 6 )      ( 7 )       ( 1 0 )       ( 1 2 )     ( 1 3 )      ( 1 4 )        ( W / m 2 )   2 0 0   6 00      500       9 00       8 0 0        4 0 0      200   3   S V   ( r i se)    ( 1 )   (1 - 2)     (3 - 4)       (4 - 5)      (8 - 9)        -        -     ( k W / m 2 / s)        5       20        5        20          4   S V   ( f a l l )     (2 - 3)   (5 - 6)       (6 - 7)       (9 - 1 0 )       ( 1 1 - 12)     ( 1 2 - 1 3 )   ( 1 3 - 14)     ( k W / m 2 / s)     - 5   - 10       - 20               -   5              - 10      - 20      - 10           ( a)   ( b )     Fig u r 9 .   PV p o wer   in   test in g   2 ;   ( a)   in d ir ec t a d ap tiv e   PI - FLC ,   ( b )   d ir ec t FL C     T i m e ( s e c ) I r r a di a nc e  ( W / m 2 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                    I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l Vo l.  18 ,   No .   6 Dec em b e r   2 0 2 0 :   2 9 9 9   -   3 0 1 0   3006   T ab le  3 .   Per f o r m an ce   in d icato r   v alu es   No   P e r f o r ma n c e   V a l u e   I n d i r e c t   A P I - F LC   D i r e c t   F LC   1   R o b u st n e ss   ( Te s t i n g   1 ) ,   ( %)   1 . 6 8   2 . 8 6   2   Tr a c k i n g   a n d   r e g u l a t i o n   ( Te s t i n g   2 ) ,   ( Jo u l e )   4 8 . 6 4   4 9 . 6 9       3 . 2 .     E x perim ent     T o   e v a l u a t e   t h e   e f f e c t i v e n e s s   o f   t h e   p r o p o s e d   M P P T   c o n t r o l   m e t h o d ,   e x p e r i m e n t s   h a v e   b e e n   c a r r i e d   o u t   i n   r e a l   n a t u r a l   c l i m a t e   c o n d i t i o n s .   T h e   e x p e r i m e n t a l   s e t   u p   m a i n l y   c o n s i s t s   o f   a   P V   p a n e l ,   a   d c - d c   b o o s t   c o n v e r t e r ,     a   s i n g l e - p h a s e   i n v e r t e r ,   a   b u l b   l a m p   a s   t h e   l o a d ,   a   d a t a   l o g g e r ,   a n d   a   c o m p u t e r   f o r   H u m a n   M a c h i n e   I n t e r f a c e   a s   s h o w n   i n   F i g u r e   1 0 .   A   p y r a n o m e t e r   i s   f i x e d   a t   t h e   e x p e r i m e n t a l   s e t   u p   o n l y   f o r   s o l a r   i r r a d i a n c e   m o n i t o r i n g.     T h co n tr o ller   alg o r ith m   is   im p lem en ted   in   T ex as  I n s tr u m en t’ s   T MS3 2 0 F2 8 0 3 5   DSP  wh ich   co n tr o ls   th s witch in g   o f   th e   b o o s DC - DC   co n v er ter   at  a   s witch in g   r at o f   1 0 0   k Hz.   T h t o p o lo g y   o f   th e   b o o s DC - DC   co n v er ter   is   th s am as  th at  in   th p r ev io u s   p u b licatio n   [ 4 5 ] .   I h as  th m ax im u m   p o we r   o f   5 0   watts,  an d     th s witch   u s es  I R F R 3 6 0 7 T R PB F C T   ND - c h an n el  MO SF E T .   I n   th ex p e r im en t,  two   p er f o r m an ce   in d icato r s   ar ad o p ted   i.e .   r eg u latio n   p er f o r m an ce   u n d er   s tead y - s tate  co n d itio n   o f   s o lar   ir r ad i an ce   an d   tr ac k in g   p er f o r m an ce   to war d s   s o lar   ir r ad ian ce   ch an g e.   lar g am o u n o f   ex p er im en ts   u n d er   v a r io u s   s o la r   ir r ad ian ce   co n d itio n s   h av e   b ee n   d o n e,   b u t   o n ly   s elec ted   r esu lts   o f   th r ee   e x p er im en t   s ce n ar io s   ar e   r e p o r t ed .   T h ese  s ce n ar io s   ar b eliev ed   to   r ep r esen we ll  o th er   co n d itio n s .   Du r in g   ex p er im en p ar a m eter s   v alu es  o f   th in ter n al  PI  co n tr o ller   wer e   k e p co n s t an t .   I ts   s am p lin g   r ate  is   5 0   k Hz .   T h i n itial  v alu es  o f   th e x ter n al  ad ap tiv e   PI  co n tr o ller   p a r am eter s   wer f ir s t d eter m in ed   th r o u g h   th tu n i n g   p r o ce s s   u n d er   th s o lar   r ad i an ce   o f   ar o u n d   6 3 4   ( W /m 2 ) .   T h eir   v alu es  ar = 0 . 16 ,   an d     = 0 . 07 .   I wo r k s   at  s am p lin g   r ate  o f   1 0   Hz.   T h r ea v alu es  o f   ex ter n al  PI  c o n tr o ller   g ain s   ar ad ap tiv ely   t u n ed   b y   th f u zz y   lo g ic.   T h v alu es  o f   ch ar a cter is tic   co o r d in ates  o f   th f u zz y   lo g ic  v ar iab les u s ed   in   ex p er im en ts   ar lis ted   in   T ab le  4 .           ( a)   ( b )     Fi g u r 10 .   E x p e r im en tal  s et  u p ;   ( a)   PV p an el ( b )   i n s tr u m en t s   an d   HM I   co m p u ter       T ab le  4 .   C h ar ac ter is tics   co o r d i n ates o f   th f u zz y   lo g ic  v ar iab les ( ,     )   O u t p u t   I n p u t :       - 5 . 0   - 0 . 2 5   0 . 0   0 . 2 5   5 . 0      - 0 . 0 5   - 0 . 0 2 5   0 . 0   0 . 0 2 5   0 . 0 5      - 0 . 0 5   - 0 . 0 2 5   0 . 0   0 . 2 5   0 . 5       E x p er im en 1   a n d   ex p er im en 2   wer co n d u cted   to   ev alu ate  t h ef f ec o f   th f u zz y   lo g ic  in   ad ap tiv ely   co n tr o llin g   th ex ter n al  PI  co n tr o ller   p ar am eter   v alu es.  T h PV  p an el  wa s   ex p er ien cin g   r ea n atu r al  s o lar   r ad iatio n   o f   ar o u n d   6 3 4   ( W /m 2 )   in   alm o s s tead y - s tate  co n d itio n s .   R eg u latio n   an d   r o b u s tn ess   p er f o r m an ce   o f   th ad ap tiv e   PI - FLC  is   co m p ar ed   with   th at  o f   th n o m in a PI  co n tr o ller .   Fig u r 1 1   s h o ws  th r esu lts   o f   ex p er im en 1   u s in g   th in d ir e ct  MPPT  n o m in al  P I   co n tr o ll er   wh ile  Fig u r 1 2   s h o ws  th o s o f   ex p er im e n 2   u s in g   th e   in d ir ec t   MPPT  ad ap t iv PI  FLC.  E ac h   tim h is to r ies  o f   th e   PV  p a n el  p o wer   is   s h o wn   o n   th e   lef s id e.   On   th r ig h s id is   th p lo o f   th P - cu r v e.   No tice  th at  th PV  p o wer   in   Fig u r 1 2   is   b e tter   r eg u lated   with   s m aller   s win g   co m p ar ed   t o   th at  in   Fig u r 1 1 .   Fro m   th e   ex p er im en ts ,   th f o llo win g   q u a n titativ r esu lts   wer o b tain ed .   T h n o m in al  PI  c o n tr o ller   p r o v id es  av e r ag p o wer   o f   th PV  p a n el  o f     1 8 . 8 6   W   with   s tan d ar d   d ev iatio n   v al u o f   0 . 6 0   W .   O n   th o t h er   h a n d ,   t h ad a p tiv e   PI - FLC  p r o v id es  av e r ag p o wer   o f   1 9 . 4   W   with   s tan d ar d   d ev iatio n   v alu o f   0 . 1 3   W .   T h u s ,   th e   a d ap tiv PI - FLC  g iv es  lar g er   p o wer   wit h   s m aller   s tan d ar d   d ev iatio n   v alu th a n   th PI   co n tr o ller .   T h ese  e x p er im e n r esu lts   v alid ate  th at  p r o p o s ed   MPPT  co n tr o l   ef f ec tiv ely   p r o v id g o o d   r e g u l atio n   an d   r o b u s tn ess   p er f o r m a n ce .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         A   r o b u s t m a ximu p o w er p o i n t tra ck in g   co n tr o l fo r   P V   p a n el  u s in g   a d a p tive  P I   c o n tr o ller   b a s ed   ( S l a met )   3007       ( a)   ( b )     Fig u r 11 .   E x p e r im en t r esu lts   u s in g   PI  co n tr o ller : ( a)   PV p a n el  p o wer ,   ( b )   P - c u r v e           ( a)   ( b )     Fig u r 12 .   E x p e r im en t r esu lts   u s in g   ad ap tiv PI - L FC :   ( a)   PV p an el  p o wer ; ( b )   P - cu r v e       I n   ex p er im e n 3 th tr ac k in g   p er f o r m a n ce   o f   th ad a p tiv PI - FLC  wa s   ev alu ated   b y   m an u all y   o p en in g   an d   clo s in g   th PV  p an el  u n d er   s o lar   ir r ad ian ce   o f   7 0 8   ( W /m 2 ) .   C lo s in g   th PV  p an el  s u r f ac with   th ick   ca r to n   s h u ts   o f f   th s o lar   r ad iat io n   in to   th e   p an el.   T h m ea s u r ed   PV  p o we is   p lo tted   i n   F ig u r 13 .   T h ese  r esu lts   d em o n s tr ate  th at  th co n tr o ller   ca n   tr ac k   th MPP  wh en   th s o lar   ir r ad ian ce   ch an g es  d r asti ca lly ,   f r o m   7 0 8   ( W /m 2 )   d ec r ea s es to   alm o s t z er o ,   an d   th en   i n cr ea s es b ac k   to   7 0 8   ( W /m 2 ).   d ee p er   an al y s is   o f   th r e p etitio n   tr ac k in g   r esp o n s es  in   Fig u r 1 3   ( a )   an d   th clo s ed   u p   o f   th tr ac k in g   r esp o n s in   Fig u r 1 3   ( b )   r ev e als  two   s atis f ac to r y   r esu lts .   First,  f r o m   Fig u r 1 3   ( a)   t h PV  p an el  MPPT  co n tr o l   r esp o n s es  co n s is ten tly   well  to war d s   s o lar   ir r a d ian ce   f ast  ch an g es  r ep ea ted ly .   Seco n d ly ,   f r o m   Fig u r 1 3   ( b )     th PV  p o wer   r is es  f astl y   f r o m   2 . 8 5   W   at  tim 1 4 . 2 2   s   to   its   MPP  o f   2 2   W   at  tim 1 4 . 4 2   s .   T h u s ,   th av er ag e   s p ee d   o f   th e   PV  p o wer   tr ac k i n g   is   9 5 . 7 5   W /s .   T h ese   ex p e r im en tal  r esu lts   v alid ate   th s a tis f ac to r y   tr ac k i n g   p er f o r m an ce   o f   th p r o p o s ed   MPPT  co n tr o m eth o d .   T h is   r esear ch   is   b ein g   ex p an d ed   in t o   p ar am eter   v alu es   o p tim izatio n   o f   th in ter n al  co n tr o ller   an d   th ex ter n al  ad ap ti v PI - FLC  o f   th p r o p o s ed   MPPT  co n tr o m eth o d   in   o r d e r   to   o b tain   b ett er   p er f o r m an ce   o f   b o th   p er f o r m an ce   in d icato r s .           ( a)   ( b )     Fig u r 1 3 .   T r ac k in g   p e r f o r m a n ce   o f   th e   PV p o wer : ( a)   tr ac k in g   r ep etitio n ,   ( b )   clo s ed   u p       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                    I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l Vo l.  18 ,   No .   6 Dec em b e r   2 0 2 0 :   2 9 9 9   -   3 0 1 0   3008   4.   CO NCLU SI O N   T h e   s i m u l a t i o n   r e s u l t s   i n d i c a t e   t h a t   t h e   p r o p o s e d   M P P T   c o n t r o l   m e t h o d   p r o v i d e s   4 1 . 2   %   b e t t e r   r o b u s t   p e r f o r m a n c e   t h a n   t h e   d i r e c t   F L C ,   w i t h   a c c e p t a b l e   t r a c k i n g   p e r f o r m a n c e   a n d   r e g u l a t i o n   p e r f o r m a n c e .   T h r o u g h   e x p e r i m e n t s   u n d e r   n a t u r a l   c l i m a t e   c o n d i t i o n s   w i t h   r e a l   s o l a r   r a d i a t i o n ,   t h e   p r o p o s e d   M P P T   c o n t r o l   m e t h o d   h a s   b e e n   e v a l u a t e d   i n   t e r m s   o f   r e g u l a t i o n   p e r f o r m a n c e   a n d   t r a c k i n g   p e r f o r m a n c e .   T h e   e x p e r i m e n t   r e s u l t s   v a l i d a t e   t h a t     t h e   p r o p o s e d   M P P T   c o n t r o l   m e t h o d   w o r k s   w e l l   i n   r e g u l a t i n g   t h e   P V   p a n e l   s y s t e m   a t   m a x i m u m   p o w e r   p o i n t s .   I t   a l s o   t r a c k s   m a x i m u m   p o w e r   p o i n t s   t o w a r d s   f a s t   i r r a d i a n c e   c h a n g e s   y i e l d i n g   t h e   P V   p o w e r   t r a c k i n g   s p e e d   o f   9 5 . 7 5   W / s .       ACK NO WL E DG M E N T S   T h au th o r s   co n d u cted   th is   r esear ch   at  th I n d o n esian   I n s titu te  o f   Scien ce s   ( L I PI) ,   B an d u n g - I n d o n esia.  T h is   r esear ch   was  also   f in an cially   s u p p o r ted   b y   th Min is tr y   o f   E n er g y   an d   Min er al  R eso u r ce s   o f   th R ep u b lic  o f   I n d o n esia   ( K E SDM)   an d   U n iv er s iti  T ek n o lo g Ma lay s ia   ( UT M) .   T h e   a u th o r s   d eliv er   th ei r   g r atitu d to   th ese  th r ee   in s titu tio n s .       RE F E R E NC E S   [1 ]   T.   Esra m   a n d   P .   L.   C h a p m a n ,   C o m p a riso n   o p h o t o v o lt a ic  a rra y   m a x imu m   p o we p o i n trac k i n g   te c h n iq u e s,”   IEE E   T ra n s.  En e rg y   C o n v e rs . ,   v o l.   2 2 ,   n o .   2 ,   p p .   4 3 9 - 4 4 9 ,   2 0 0 7 .   [2 ]   K.  Ish a q u e   a n d   Z .   S a lam ,   " re v iew   o m a x imu m   p o we p o i n trac k in g   tec h n i q u e o P sy ste m   fo u n ifo r m   in so lati o n   a n d   p a rti a sh a d in g   c o n d i ti o n , "   Re n e wa b le  a n d   S u s ta in a b le  E n e rg y   Rev iews ,   El se v ier ,   v o l.   1 9 ,     p p .   4 7 5 - 4 8 8 ,   2 0 1 3 .   [3 ]   M .   Ke rm a d a n d   E.   M .   Be rk o u k ,   Artifi c ial   in telli g e n c e - b a se d   m a x imu m   p o we r   p o in t   trac k i n g   c o n tr o ll e rs  f o r   P h o t o v o lt a ic sy ste m s: Co m p a ra ti v e   stu d y ,   Re n e w.   S u sta i n .   E n e rg y   Rev . ,   v o l .   6 9 ,   p p .   3 6 9 - 3 8 6 ,   2 0 1 7 .   [4 ]   K .   I s h a q u e ,   Z .   S a l a m ,   a n d   G .   La u ss ,   T h e   p e r f o r m a n c e   o f   p e r t u r b   a n d   o b s e r v e   a n d   i n c r e m e n t a l   c o n d u c t a n c e   m a x i m u m   p o w e r   p o i n t   t r a c k i n g   m e t h o d   u n d e r   d y n a m i c   w e a t h e r   c o n d i t i o n s ,   A p p l .   E n e r g y ,   v o l .   1 1 9 ,   p p .   2 2 8 - 2 3 6 ,   2 0 1 4 .   [5 ]   K.  Ish a q u e   a n d   Z .   S a lam ,   Dy n a m ic  e fficie n c y   o f   d irec c o n tro l   b a se d   m a x imu m   p o we p o in trac k e rs,”  Pro c .   -   In t .   Co n f.   In tell .   S y st.   M o d e l.   S imu la ti o n ,   IS M S ,   v o l.   2 0 1 5 - S e p te,  p p .   4 2 9 - 4 3 4 ,   2 0 1 5 .   [6 ]   M .   N.  S y a h   a n d   S .   S u b i y a n t o ,   P e rfo rm a n c e   e n h a n c e m e n o m a x imu m   p o we p o in trac k i n g   f o g rid - c o n n e c te d   p h o to v o lt a ic  sy ste m   u n d e v a rio u g ra d ien o irrad ian c e   c h a n g e s,”   T EL KOM NIKA  T e lec o mm u n ica ti o n ,   C o mp u ti n g ,   El e c tro n ics   a n d   C o n tro l,   v o l.   1 7 ,   n o .   4 ,   p p .   1 9 7 3 - 1 9 8 4 ,   2 0 1 9 .   [7 ]   F .   Li u ,   S .   Du a n ,   F .   Li u ,   B.   Li u ,   a n d   Y.  Ka n g ,   v a riab le  ste p   siz e   INC  M P P m e th o d   fo P sy ste m s,”   IEE T ra n s.   In d .   El e c tro n . ,   v o l .   5 5 ,   n o .   7 ,   p p .   2 6 2 2 - 2 6 2 8 ,   2 0 0 8 .   [8 ]   Y.  Zh o u ,   F .   Li u ,   J.   Yin ,   a n d   S .   Du a n ,   S t u d y   o n   re a li z in g   M P P T   b y   imp ro v e d   i n c re m e n tal  c o n d u c ta n c e   m e th o d   wit h   v a riab le ste p - siz e ,   2 0 0 8   3 r d   IEE Co n f.   I n d .   El e c tro n .   Ap p l.   ICIE 2 0 0 8 ,   p p .   5 4 7 - 5 5 0 ,   2 0 0 8 .   [9 ]   Q.  M e i,   M .   S h a n ,   L.   Li u ,   a n d   J.  M .   G u e rre ro ,   n o v e im p ro v e d   v a riab le  ste p - siz e   in c re m e n tal - re sista n c e   M P P T   m e th o d   f o P V s y ste m s,”   IEE T ra n s.  I n d .   El e c tro n . ,   v o l .   5 8 ,   n o .   6 ,   p p .   2 4 2 7 - 2 4 3 4 ,   2 0 1 1 .   [1 0 ]   J.  Ah m e d   a n d   Z.   S a lam ,   so ft  c o m p u ti n g   M P P fo P sy st e m   b a se d   o n   Cu c k o o   S e a rc h   a lg o rit h m ,   In t.   Co n f .   Po we r E n g .   E n e rg y   El e c tr.  Dr ive s ,   n o .   M a y ,   p p .   5 5 8 - 5 6 2 ,   2 0 1 3 .   [1 1 ]   T.   Ra d jai,   L.   Ra h m a n i,   S .   M e k h il e f,   a n d   J .   P .   G a u b e rt,   Im p lem e n tatio n   o a   m o d ifi e d   in c re m e n t a c o n d u c tan c e   M P P a lg o rit h m   with   d irec c o n tro b a se d   o n   a   fu z z y   d u t y   c y c le  c h a n g e   e stim a to u sin g   d S P ACE,   S o l.   E n e rg y   v o l.   1 1 0 ,   p p .   3 2 5 - 3 3 7 ,   2 0 1 4 .   [1 2 ]   M .   M .   Alg a z a r,   H.  Al - M o n ier,  H.  A.  El - Ha li m ,   a n d   M .   E.   E .   K.  S a lem ,   M a x imu m   p o we p o in t   trac k i n g   u sin g   f u z z y   lo g ic co n tr o l,   I n t.   J .   El e c tr.  Po w e r E n e rg y   S y st . ,   v o l.   3 9 ,   n o .   1 ,   p p .   2 1 - 2 8 ,   2 0 1 2 .   [1 3 ]   R.   Ra h m a n i,   M .   S e y e d m a h m o u d i a n ,   S .   M e k h il e f,   a n d   R .   Yu so f ,   Im p lem e n tatio n   o fu z z y   l o g ic  m a x imu m   p o we r   p o i n trac k i n g   c o n tr o ll e f o p h o t o v o lt a ic sy ste m ,   Am.   J .   A p p l.   S c i . ,   v o l.   1 0 ,   n o .   3 ,   p p .   2 0 9 - 2 1 8 ,   2 0 1 3 .   [1 4 ]   H.  M a h a m u d u l,   M .   S a a d ,   a n d   M .   Ib ra h im  He n k ,   P h o to v o l taic   sy s tem   m o d e li n g   wit h   f u z z y   l o g ic  b a se d   m a x imu m   p o we p o in trac k i n g   a l g o ri th m ,   In t.   J .   Ph o to e n e rg y ,   v o l.   2 0 1 3 ,   p p .   1 - 1 0 ,   2 0 1 3 .   [1 5 ]   C.   S h a rm a   a n d   A.  Ja in ,   M o d e li n g   o b u c k   c o n v e rter  m o d e ls  in   M P P u sin g   P ID   a n d   F LC,   T EL KOM NI K A   T e lec o mm u n ica ti o n ,   Co m p u t in g ,   El e c tro n ics   a n d   C o n tro l ,   v o l.   1 3 ,   n o .   4 ,   p p .   1 2 7 0 - 1 2 8 0 ,   2 0 1 5 .   [1 6 ]   A.  G h e ib i,   S .   M .   A.   M o h a m m a d i,   a n d   M .   M .   F a rsa n g i,   C o m p a rin g   P e rf o rm a n c e   Of  P i d   An d   F u z z y   Co n tro ll e rs  I n   Th e   P re se n Of N o ise   F o A   P h o t o v o lt a ic S y ste m ,   J .   M a t h .   C o mp u t.   S c i . ,   v o l .   0 9 ,   n o .   0 1 ,   p p .   6 9 - 7 6 ,   2 0 1 4 .   [1 7 ]   B.   Be n d ib ,   F .   Krim ,   H.  Be lmili ,   M .   F .   Alm i,   a n d   S .   B o u lo u m a ,   Ad v a n c e d   fu z z y   M P P c o n tr o ll e f o a   sta n d - a lo n e   P V sy ste m ,   En e rg y   Pro c e d i a ,   v o l.   5 0 ,   p p .   3 8 3 - 3 9 2 ,   2 0 1 4 .   [1 8 ]   U.  S .   Ali,   Z - so u rc e   DC - DC  C o n v e rter  wit h   F u z z y   L o g ic   M P P T   Co n tro f o P h o to v o lt a ic  Ap p li c a ti o n s,”   En e rg y   Pro c e d i a ,   v o l.   9 0 ,   n o .   De c e m b e 2 0 1 5 ,   p p .   1 6 3 - 1 7 0 ,   2 0 1 6 .   [1 9 ]   C.   L.   Li u ,   J.  H.  Ch e n ,   Y.  H.  Li u ,   a n d   Z.   Z.   Ya n g ,   An   a sy m m e tri c a fu z z y - lo g ic - c o n tr o l - b a se d   M P P a lg o rit h m   fo r   p h o to v o lt a ic s y ste m s,”   En e rg ies ,   v o l.   7 ,   n o .   4 ,   p p .   2 1 7 7 - 2 1 9 3 ,   2 0 1 4 .   [2 0 ]   Am iru ll a h ,   A.  Kisw a n t o n o ,   O.  P e n a n g sa n g ,   a n d   A.  S o e p ri jan to ,   Tran sie n p o we q u a li t y   p e rfo r m a n c e   o m u lt i   p h o to v o lt a ics   u si n g   M P P P   a n d   O/M P P fu z z y ,   T EL KOM NIK T e le c o mm u n ica ti o n ,   Co mp u ti n g ,   El e c tro n ics   a n d   Co n tro l,   v o l.   1 6 ,   n o .   6 ,   p p .   2 9 6 7 2 9 7 9 ,   2 0 1 8 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.