I n t ern a t i o n a l  J o u rn a l  o f  E l ect ri ca l  a n d  C o m p u t er E n g i n eeri n g  ( I J E C E )   V o l.   8 ,  No .   5 O c t obe r   20 1 8 , p p .   26 50 ~ 2 660   I S S N :  2088 - 8708 D O I :  10. 11 591/ i j ece . v8 i 5 . pp 265 0 - 2660          2650       Jou r n al  h om e p age h ttp : //ia e s c o r e . c o m/ j our nal s / i nde x . php/ I J E C E   E nha nce m ent  o f   O n - g rid  P V  Sy s t e m   under  I rra dia n ce a nd  T e m p era t ure  Va r ia t io ns   U s ing  New  O p t i m i z ed  Ada pt iv Co nt ro ller       O t h ma n  A . M . O ma r 1 ,  N i v een  M .   B a d ra 2 ,  M a h m o ud  A .   A t t i a 3   1, 2 D ep ar t m en t  P h y s i cs  an d  E n g i n eer i n g  M at h em at i cs ,  F acu l t y  o f  E n g i n eer i n g ,  A i n  S h am s  U n i v er s i t y E gy pt   3 D ep ar t m en t  o f  E l ect r i cal  P o w er   an d  M ach i n es ,  F acu l t y  o f  E n g i n eer i n g ,  A i n  S h am s  U n i v er s i t y E gy pt       A rt i cl e I n f o     AB S T RAC T   A r tic le  h is to r y :   R ecei v ed   S e p 17 ,  201 7   Re v i se d   J an   2 4 ,  2 01 8   A ccep t ed   F e b 15 ,  2 01 8       S ol a r  E ne r g y  i s  one  of  t he  k e y  s ol ut i o ns  t o f ut ur e  e l e c t r i c a l  pow e r   ge ne r a t i on .   P h o t o v o l t ai P l an t s  ( P V )  ar e f as t   g r o w i n g  t o  s at i s f y   el ect r i cal  p o w e r  d em an d .   D i f f e r e nt  m a x i m u m  pow e r  poi n t  t r a c k i ng  t e c hni q ue s  ( M P P T )  a r e  us e d t o   m ax i m i z e P V  s y s t e m s  g en er at ed   pow e r .  I n t hi s   pa pe r ,   on g r i P V  s y s t e m   m ode l  i n M A T L A B  S I M U L I N K  i s  t e s t e d u nde r  s u dde n i r r a di a nc e  a nd c e l l   t em p er at u r e v ar i at i o n s .  I n cr em en t al  C o n d u ct an ce M P P T  i s  u s ed  t o  m ax i m i z e   g e ne r a t e d pow e r   f r om  t he  P V  s y s t e m   w i t h t he  he l of  ne w  a da pt i v e   c o n tr o lle r  t o w i t hs t a nd  t he s e  he a v y  di s t ur ba nc e s .  T he  ne w  a da pt i v e  c ont r ol l e r   i s  t une d f or  opt i m a l  ope r a t i on u s i ng  t w o di f f e r e nt  opt i m i z a t i on t e c hni q ue s   ( I n v as i v w eed  an d  H ar m o n y   s ear ch ) . O p t i m i zat i o n  r es u l t s  f o r  t h e t w o   t ech n i q u es  ar e co m p ar ed .   .A   r o b u s tn e s s  te s t is  m a d e  to  c h e c k  s y s te m  s ta b ilit y   t o  w i t h s t an d   d i f f er en t  r an d o m  i r r ad i an ce an d  cel l   t em p er at u r e p at t er n s   w i t hout  f a i l ur e  t o t r a c k  t he   m a x i m u m  pow e r  poi nt . F in a lly ,  a  b r ie f   co m p ar i s o n  i s   m ad w i t h  a p r ev i o u s  l i t er at u r e an d  t h e n ew  ad ap t i v e   c o n tr o lle r  g iv e s  b e tte r  r e s u lts .   Ke y wo rd :   A d a p tiv e  c o n tr o l le r   I nc r e m e nt a l   co n d u c t an ce MP P T   O p ti m iz a tio n  te c h n iq u e   P h o to v o lta ic  s y s te m s   S o l ar  en er g y   C opy r i g ht   ©  201 8   I ns t i t ut e  o f  A d v anc e d E ngi ne e r i ng  an Sc i e nc e   A l l  ri g h t s re se rv e d .   C or r e s pon di n Au t h o r :   O t h m a n  A.   M .   O ma r   D ep ar t me n t  o f   P h y s i cs  a n d  E n g i n eer i n g  M at h e m at i cs  D ep ar t m en t ,   F a c ul t y o f  E n gi ne e r i ng,   A i n S ha m s  U ni ve r s i t y ,   A bdo B a s h a  s qu a r e ,   A bba s s i a ,  C a i r o1151 7,  E g y pt .     E m ai l :  O s m a n _ ah m ed @ en g . a s u . ed u . e g       1.   I NT RO D UCT I O N   E l ect r i cal  p o w er   ge ne r a t i o m a p   w i l l  c ha n ge  i n t he  ne a r   f ut ur e   w i t h l o w e r  e n vi r o n m e nt a l   e m i s s i o n s .   T h i s   w i l l  b e d o n u s i n g  r e n e w ab l e e n er g y  r es o u r ces .  D ep en d ab i l i t y  o n  t h es e  r es o u r ces   i s   m o r e an d   m o r i n cr eas ed   w h e n ev er  t h ei r  o p er at i o n  p r o b l em s   m o r e d ecr eas ed .  O n e o f  t h es e   p r o b le m s  is  h ig h  v a r ia b ili t y   w h i c h  cau s ed  u n s t ab l e s y s t e m s .  S o l ar  en er g y  i s  o n e o f  t h m aj o r  r en e w ab l e en er g y  r e s o u r c es  u s ed  al l  o v er  t h e   w o r l d  i n  el ect r i cal  p o w er  g e n er at i o n .   A s  p en et r at i o n  r at e o f  s o l ar  p o w er  g en er at i o n  i n  el ect r i cal  p o w er   s y st e m s  i s i n cr eas i n g   w i t h  t i m e,  s y s t e m  s t ab i l i t y  i s  b eco m e i m p o r t an t   m at t er  t o  b e s t u d i ed .  E n h an ce m e n t  o f   r e n e w a b le  p o w e r  o p e r a tio n   s t a b ilit y   w i ll e n h a n c e   th e  o v e r a ll e le c tr ic a l p o w e r  s y s te m   s ta b ilit y   w i th   m a k i n g   t h e b es t  u s e o f  t h es e s u s t ai n ab l e an d  cl ean  r es o u r ces .   E le c tr ic a l p o w e r  g e n e r a tio n  f r o m  s o la r  e n e r g y  c a m e  in   m a n y   f o r m s ; o n e  o f  t h e m  i s  P h o to  V o lta ic   p an el s  ( P V ) .   T o   m ax i m i ze  g e n er at ed  el ect r i cal   p o w er   f r o m   a P V  s y s t e m ,  d i f f er e n t   m ax i m u m   p o w er  p o i n t   t r ack i n g  al g o r i t h m s  ( M P P T s )  ar e u s ed .  T h es e al g o r i t h m s  t r y  t o   r each   m a x i m u m  p o w er  ca n  b e g en er at ed   f r o m   t h e p an el s   u n d er  v a l i d  s o l ar  i r r ad i an ce an d  ai r  t e m p er at u r e.  F r act i o n al  o p en  ci r c u i t   v o l t ag e ( F O C )  [ 1 ] ,   In c re m e n t a l  c o n d u c t a n c e (IC ),  P e rt u rb  a n d  o b s e rv e  (P & O )[2 ] a n d  F ra c t i o n a l  s h o rt   C i rc u i t  c u rre n t  (F S C ) a re   e xa m pl e s  of  M P P T  a l g or i t hm s  [ 3] .   T o  e nha nc e  d yna m i c  o p e r a t i o n o f  d i f f e r e nt  M P P T  a l g o r i t h m s  a nd  gi vi n b et t er  P V  s y s t e m  d y n a m i c r es p o n s e u n d er  h ea v y  d i s t u r b an c es  ( v ar i ab l e i r r ad i an ce a n d  t e m p er at u r e) ,  d i f f er en t   t y p es  o f  co n t r o l l er s  ar u s ed .   A  co n t r o l l er  i s  a d e v i ce  u s ed  t o  g i v e  b et t er  s t a b ilit y  a n d  b e tt e r  s y s te m  r e s p o n s e .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g     I S S N :  2088 - 8708       E nhanc e m e nt  of   On - g r i d P V  S y s t e m  unde r  I r r adi anc e  a n d T e m pe r at ur e .   ( Ot h ma n  A . M . Oma r )   2651   P r o por t i on a l - in te g r a l c o n tr o ll e r  ( P I )  a n d  P r o p o r tio n a l - r ef er en ce f r a m e co n t r o l l er  ( P R )  [ 4 ] ,  F r act i o n al     or de r  p r op or t i on a l - i nt e gr a l - d e r iv a ti v e  c o n tr o lle r  ( F O P I D )  [ 5 ]  S lid in g   m o d e  c o n tr o l [ 6 ]  a n d  F u z z y  lo g ic   c o n tr o lle r  [ 7 ]   a r e ex am p l e s  f o r  co n t r o l l er s  u s ed  t o  en h an c e o p er at i o n  o f  P V  s y s t e m s  a n d  M P P T .   B u t  t h es e   c o n tr o lle r s  n e e d  o p ti m iz a tio n  t o  tu n e  t h e ir  g a i n s .   O p ti m iz a tio n  te c h n iq u e s  a r e   d if f e r e n t a l g o r ith m s   u s e d   w h e n   m i n i m iz a tio n  o r   m a x i m iz a tio n  o f  a n   o bj e c t i ve   f u nc t i o n i s   r eq u i r ed .  D i f f er e n t  o p t i m i zat i o n  t ec h n i q u es  ar u s ed   t o  t u n e co n t r o l l er  g ai n s   f o r  o p t i m a l   m a xi m um  po w e r  poi n t  t r a c ki n g ( M P P T ) .   A s  a n e xa m p l e ,  i n [ 8 ]   G en et i c al g o r i t h m  a n d  P ar t i cl e s w ar m   a lg o r ith m  a r e   u s e d  to  tr a c k  th e  M P P  . A r tif ic ia l B e e   C o lo n y  a lg o r ith m   i s   u s ed  i n  [ 9 ]  f o r  M P P T  u n d er  p ar t i al   s h ad i n g  co n d i t i o n s .  I n  [ 1 0 ] ,  au t h o r s  s h o w ed  a  co m p r eh e n s i v e r ev i e w  b et w een  d i f f er en t   M P P T  t ech n i q u es   f o r   P V  s y s t e m  o u t p u t  p o w er   m a x i m i zat i o n .  I n  [ 1 1 ] ,  au t h o r s   m a d e a p r act i cal  p e r f o r m a n ce e v al u at i o n   f o r  F u zz y   lo g ic ,  P & O ,  H ill c li m b i n g  a n d  I n c r e m e n ta l c o n d u c ta n c e  a l g o r ith m s  f o r  M P P T  in  a  P V  s y s te m .   A  c o m p le te   co m p ar i s o n  b et w ee n  I C  a n d  P & O  al g o r i t h m s  i s   m ad u n d er  d y n a m i w eat h er  co n d i t i o n s  i n  [ 1 2 ] .   A ut ho r s  o f   [ 1 3 ]  m a d e  a na l ys i s  o f  P V  e f f i c i e nc y e n ha nc e m e nt  b us i ng  I nc r e m e nt a l   C on du c t a n c e  un de r  n on - l i n ear   lo a d in g  c o n d itio n s .   A  v a r ia b l e  s te p   m o d if ie d  f r a c tio n a l o r d e r  I C  te c h n iq u e  is  r e p o r te d  in  [ 1 4 ]  t o  m a x i m iz e   p o w e r  t r a c ki ng  i f ue l  c e l l s .  R e s ul t s  s ho w e d  b e t t e r  d yna m i c  r e s p o n s e  t ha us i n g d e f a ul t  I C  a l go r i t h m .   A ut ho r s  o f   [ 1 5 ]  m ad e s i m u l at i o n  an d  ex p er i m e n t al  d es i g n   o f  n e w  ad v an ced  I C  al g o r i t h m   w i t h  v ar i ab l e s t ep   s i ze  f o r  P V  s y s t e m s .  R e s u l t s  s h o w ed  b et t er  P V  ar r ay  o u t p u t  p o w er  r es p o n s e u n d er  s u d d en   i r r ad i an ce  v a r ia tio n s   th a n  u s in g  d e f a u lt I C  a lg o r ith m .   E n ha nc e m e nt  o f  I C  a l g or i t hm  ope r a t i on  un de r  pa r t i a l  s h a di n g  i s   m a de  u s i ng  di r e c t  f u z z y  c ont r ol l e r  i n  [ 16] .   I n [ 1 7 ] ,  a ut ho r s  e nha nc e d  t r a ns i e nt   s t a bi l i t y  ope r a t i on  of  20 M W   PV   p o w e r  pl a n t  by   m odi f i e d P r opor t i on a l - I n t eg r al - I C  a l g o r ith m  c o n tr o lle r  a n d  F r a c tio n a O r d e r   P r o p o r tio n a l - I nt e gr a l - IC  a l g o ri t h m  c o n t ro l l e r f o r m a x i m u m  p o w e r f ro m  t h e  p l a n t .     I n  t hi s  pa pe r ,  a  100 K W  g r i d c on n e c t e d P V  s y s t e m  i n M A T L A B  S I M U L I N K  i s   a dopt e d t o   w i t h s t an d  s u d d en  i r r ad i an ce an d  ai r  t em p er at u r e v ar i at i o n s  d u e t o  p ar t i al  s h ad i n g   o n  t h e P V  p an el s .   I nc r e m e n ta C o n d u c ta n c e  M P P T  is  th e  a lg o r it h m  u s e d  t o   m a x i m iz e  s y s te m  o u tp u t p o w e r .  N e w  a d a p tiv e   co n t r o l l er  i s  u s ed  t o  en h an ce  I n cr e m en t al  co n d u ct a n ce o p er at i o n  t o  p r ev en t  MP P T  f ai l u r e.  T w o  d i f f er en t   O p ti m iz a tio n  te c h n iq u e s  ( I n v a s iv e   w e e d  o p ti m iz a tio n  ( I W O )  a n d  h ar m o n y   s ear ch  al g o r i t h m  ( H S A ) )  ar u s e d   to  tu n e  th e  d e s i g n i n g  p a r a m e te r s  o f  th e   n e w  c o n tr o lle r .  D if f e r e n t o p ti m iz a tio n  te c h n iq u e s  r e s u lts  a r e   c om pa r e d.   A   R obu s t n e s s  t e s t  i s   m a de  t o c h e c k  s y s t e m  a bi l i t y  t o t r a c m a x i m u m  po w e r  poi n t  un de r  s i d i ffe r e n t  r a n d o m   i r r ad i an ce  p at t er n s .  F i n al l y ,  t h e P V  s y s t e m  i n  [ 1 8 ]  i s  co n s t r u ct ed  t o  co m p ar e t h e n e w   o p tim iz e d  a d a p tiv e  c o n tr o lle r  w it h  t h e  u s e d  P & O  a lg o r it h m   to   t r ack  t h m ax i m u m  p o w er   p o i n t .       2.   ON - G RI D P S YS T E M   M O DE L  I N M AT L AB   A  100 K W  on   g r i d P V  de t a i l e m ode l  i n   M AT L A B  S I MU L I N K  i s  u s ed .  T h m o d el   n a me  i s   po w e r _P V a r r a y _g r i d_de t  a nd h a s   c o nne c t i o ns  a s  s ho w n i n  F i g ur e  1 .   T h e m o d el   m ai n  co m p o n en t s  ar e:   a.   P V  ar r ay :  T o  g en er at e 1 0 0  K W  el ect r i cal  p o w er  6   m o d u l es  ar e co n n ect ed  i n  s er i e s  t o  f o r m  a s t r i n g  an d   6 6  s t r i ngs   ar e co n n ect ed  i n   p ar al l el .   T h m o d u l e  us e d na m e  i s   S un  po w e r  S P R - 30 5 - W H T  wi t h   el ect r i cal  s p eci f i cat i o n s  a s  i n   T ab l e   1.       T a b le   1.   D C  E le c tr ic a l C h a r a c te r is tic s   Q u a n t i ty   V a lu e   ST C  Po w e r  R a t i n g   3 0 5 W   PT C  Po w e r  R a t i n g   2 8 0 . 6 W   S T C  P o w e r p e r u n i t  o f a re a   ( 1 8 7 . 0 W / m 2 )   P ea k  E f f i ci en c y   1 8 . 7%   P o w er  T o l er a n c es   - 5 %/ +5 %   N u m b er  o f  C el l s   9 6   N om i n a l  V ol t a g e   n o t  a p p l i c a b l e   Im p   5 . 5 8 A   Vm p   5 4 . 7 V   Is c   5 . 9 6 A   V oc   6 4 . 2 V   NOC T   4 5 ° C   T em p .  C o ef f i c i en t  o f  P o w er   - 0 . 3 8% / K   T e m p .  C o e f f i c i e n t  o f  V o l t a ge   - 0 . 1 77 V / K       b.   B o o s t  C o nve r t e r :   us e d  t o  t a ke  P V  a r r a y  o ut p ut  D C  vo l t a ge   a nd  c ur r e nt  a nd  c ha n ge  t he m   t o  a no t he r  D C   vo l t a ge  a nd  c ur r e nt   va l ue s  t o   r e a c h M P P T .  C o nve r t e r  ha s  a  5 0 0  vo l t  m a x o p e r a t i n g vo l t a ge   a n d 5 K H Z   s w i t c hi n g f r e q ue nc y .   C o nve r t e r  s w i t c hi n g p ul s e s  c a m e   f r o m   co n v er t er  co n t r o l l er  ci r cu i t  ( I n c r em en t al   co n d u ct an ce al g o r i t h m + I nt e gr a l  r e gul a t o r )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   20 88 - 8708   In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g ,   V o l.   8 , N o 5 O c t obe r  20 18   :   265 0   -   2660   2652   c.   I nve r t e r :  t a ke s  c o n ve r t e r  o ut p ut  a nd  s t a r t s  t o  c o n ve r t  D C   vo l t a ge  a nd  c ur r e nt  i nt o   A C   vo l t a ge  a nd  c ur r e nt   us i n g 3 - le v e l b r id g e  c ir c u it a n d  a  P u ls e  W id th  M o d u la tio n  c o n tr o c ir c u it.   d.   C u r r en t  F i l t er :  T o   d ecr eas t o t al   h ar m o n i c d i s t o r t i o n   i n   t h A C   c u r r en t   f r o m   t h i n v er t er   an d  s m o o t h   c ur r e nt  va r i a t i o ns .   e.   T r a n s f or m e r :  a  “ 100 K V A - 260V / 25K V  t r a n s f or m e r  i s  us e d t o s t e p u p v ol t a g e  t o t h e  r e qu i r e d g r i vo l t a ge .   T h e b o o s t  co n v er t er  co n tr o l c ir c u it is   m o d if ie d   f r o m  th e  d e f a u lt I n c r e m e n ta l C o n d u c ta n c e     a nd   I nt e gr a l   R e g u la to r  to  n e w  c o n tr o l c ir c u i t ( I n cr e m e n t al  co n d u c t an ce+ A d ap t i v C o n tr o lle r   (In t e g ra l   R e g u la to r + S eco n d  O r d er  A m p l i f i er ) ) .   T h e s eco n d   o r d er  am p l i f i er  i s  co n ne c t e d  a s  s ho w n i n   F i g ur e   2 .   T h e am p l i f i er  t r an s f er  f u n ct i o n  b et w ee n  i n p u t  a nd  o ut p ut  i s  i n e qu a t i on  ( 1,   2 ) . T h e  a m p lif ie r   d es i g n i n g   v ar i ab l es   f o r  o p t i m al  ad ap t i v e co n t r o l l er  t u n i n g   ar e ch ar g i n g  t i m e co n s t a n t  ( )   a n d di s c h a r g i ng  ti m e  c o n s ta n t ( ) .           F i gu r e  1.   On - g r id - 100 K W  P V   s y s te m  m o d e i n  M A T L A B   S IM U L IN K         F i gu r e  2.   B oos t   c o n v e r te r  c o n tr o l c ir c u it  w i th  i n c r e m e n ta co n d u ct a n ce M P P T  an d   a d a p tiv e  c o n tr o lle r       (   ) (   ) = 1 . . 2 + . + 1                 (1 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g     I S S N :  2088 - 8708       E nhanc e m e nt  of   On - g r i d P V  S y s t e m  unde r  I r r adi anc e  a n d T e m pe r at ur e .   ( Ot h ma n  A . M . Oma r )   2653   (   ) (   ) = 1 2 + 1 . + 1 .                 (2 )       3.   O P TI M I Z A T IO N  T EC H N I Q U ES   T w o  D i f f er e n t  o p t i m i zat i o n  t ech n i q u es  ar e u s ed  i n  t h i s   p ap er  f o r   P V  s y s t e m  b et t er  p er f o r m a n ce s   w h i c h  ar e I n v a s i v e W eed  O p t i m i zat i o n  ( I W O )  an d  H ar m o n y  S ear ch   A l g o r i t h m  ( H S A ) .     3 .1 I nv a s i v e  W e e d O pt i m i z a t i o n ( I W O)   S t ep s  o f  I n v as i v e W eed  O p t i m i zat i o n  t ech n i q u e ar e [ 1 9 ] :   a.   I n i t i a l i z i ng   a   popu l a t i on :   f i n i t e   n um be r   of   popu l a t i ons  ( s e e ds )   i s   be i ng   s e l e c t e w i t h   r a ndom   pos i t i o n s .   R e pr odu c t i on :  e v e r y   s e e d g r ow s   t o f or m  a  pl a n t  a n d pr odu c e s  n e w e r  num be r  of   s e e ds  de pe n di n g   o n i t s   fi t n e s s - va l ue .   b.   S p at i al  d i s p er s al :  T h e p r o d u ced  n e w  s eed s  ar e b ei n g  r an d o m l y  d i s p r ead  o v er  t h e  s ear c h   ar ea an d  g r o w  t o   ne w  p l a nt s .  R a nd o m ne s s  a nd  a d a p t a t i o n i n t he  a l go r i t h m  i s  p r o vi d e d  i n t hi s  p ar t .   T h e g en er at ed  s eed s  ar b e in g  r a n d o m l y  d is tr ib u te d   o ve r  t he     d i m e n s i o n al  s ear ch  s p a ce b y  n o r m a l l y  di s t r i bu t e d r a ndom  num be r s   w i t m e a n e q ua l  t o  z e r o ;  b ut  w i t va r i a b l e  va r i a nc e .  D ur i n g s i m u l a t i o n,  a   no nl i ne a r  a lte r a tio n  h a s  s h o w n   s a tis f a c to r y   p e r f o r m a nc e   w hi c h i s  gi ve n i n e q ua t i o n 3 .   W h er     i s  t h e   m a xi m um  num be r  o f   ite r a tio n s ,      is  t h e  p r e s e n ti m e  i te r a tio n ,      i s  t h s t an d ar d  d ev i a t i o n  at  t h e p r es en t  t i m e s t ep  an d  n  i s   t he  no nl i ne a r   m o d ul a t i o n i nd e x.   c.   C o m p e t i t i ve  e xc l us i o n:   I n t hi s  p r o c e s s   m a xi m u m  n u m b e r  o f  p l a nt s   i s  r each ed  a n d  t h en  t h e  p r o ces s   c o n tin u e s   u n til  m a x i m u m  ite r a tio n  is  r e a c h e d  a n d  h o p e f u ll y  t h e  p la n w ith  b e s t   f itn e s s  c lo s e s t to  t h e   o p tim a s ol ut i on  i s  obt a i n e d.            =   (    )       +            (3 )     3 .2 H ar m on y S e ar c h  A l gor i t h m  ( H S A )   H a r m ony   S ear ch   A l g o r i t h m  t o   m ax i m i ze cer t ai n  o b j ect i v e f u n ct i o n   h as  t h e f o l l o w i n g  s t ep s   [ 2 0 ] :   1.   I n itia liz a tio n   a.   S e ttin g  d e s i g n  v a r ia b le s  a r r a y   w it h  d i m e n s io n  N : [ 1 , 2 , , , .   b.   S e t p o p u la tio n  s iz e   a nd     i s  t h e  popu l a t i on   n um b e r  " j  f or  t h e  de s i g ni ng v a r i a bl e     i” W h er e j =1 ,   2 ..,   ( p o p u la tio n  s iz e ) .   c.   I n itia liz e  o b j e c tiv e  f u n c tio n   f  ( )   w ill b e   m a x i m iz e   d.   Se t   each  d es i g n i n g  v ar i ab l e r a n g e     ≤    ≤    a n d  s ta r w ith  r a n d o m  p o in t a n d  d i m e ns i on  N .       = + ( )  ( 1 , )             (4 )     e.   S et  H M C R  v al u w h i c h  i s  a p r o b ab i l i t y   f u n ct i o n  t a k es  v a l u b et w ee n  0  an d  1 .   f.   S el ect  P i t ch   A d j u s t m en t  R at ( P A R w i t h  ra n g e s   f ro m  0  t o  1  (P A R = 1 i s  us e d) .   g.   S el ect  t h s t ep  s i ze ( )   w hi c h i s   f i x e d or  c o m pu t e d num be r  ( = 1   i s u s e d ) .   h.   S e t ite r a tio n s   m a x i m u m   n u m b e r  ( u se d = 25)     2.   I n itia tio n  o f  H a r m o n y  M e m o r y  ( H M )     HM = 1 1 2 1 1 1 2 2 2 2 . . 1  2     (5 )  ,           F =    ( 1 ) ( 2 ) (  )         (6 )     3.   G en er at i o n  o f   Ne w  Ha r m o n y  i s  b a s e d  o n  th e  f o llo w i n g  c r ite r ia   a.   N e w  H ar m o n y  i s   s el ect ed  r an d o m l y ;   = ( 1 , 2 , . . )   w it h  a  ( H M C R  = 1 )  p r o b a b ility   b.   C h oos i ng  pr oba bi l i t y  ( P A R  =  1)  doe s n t  a dd a ny  a m o un t  t o N e w  H a r m ony  a n d N e w  H a r m ony   w i l l  be   = ±   c.   W o r st   v al u f o r  t h e o b j ect i v e f u n ct i o n  i s  r e m o v ed  f r o m   h ar m o n y   m e m o r y  a t  en d  o f  i t er at i o n .   4.   R ep eat  t i l l   m a x i m u m   i t er at i o n   v al u e i s  r each ed .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   20 88 - 8708   In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g ,   V o l.   8 , N o 5 O c t obe r  20 18   :   265 0   -   2660   2654   4.   O B J EC TI V E F U N C TIO N     T he  O bj e c t i ve  f unc t i o w i l l   b e  m a xi m i z e d  u s i ng b o t h o p t i m i z a t i o n t e c hni q ue s  i s  t he   d e l i ve r e d   en er g y   ( E )  t o g r i d f or m  t h e  1 00 K W   P V  s y s t e m .   T h e  d e liv e r e d  e n e r g y  ( E )  is  th e  in te g r a tio n  o f  P V  s y s te m   d el i v er ed  p o w er  t o  th e  g r id  ( P )  w ith  ti m e  a s   in   e q ua t i o n ( 7 ) .   I n cr eas i n g  t h e d el i v er ed  en er g y   m ea n s   en h a n c m en t  o f  i n cr e m e n t al  c o n d u ct an ce al g o r i t h m  t o  b e s t ab l e   u n d er  s u d d en  i r r ad i an ce an d  t e m p er at u r c ha n gi ng p a t t e r ns   w i t ho ut  f a i l ur e  t o  t r a c k t he   m a xi m u m  p o w e r  p o i nt  ( M P P ) .   T he  d e s i gni ng  va r i a b l e s   f o r  t he   s eco n d  o r d er  am p l i f i er  t o   m ax i m i ze d el i v er ed  en er g y   w i l l  b e am p l i f i er  ci r cu i t  c h ar g i n g  t i m e ( T _ h )  an d   d i s ch ar gi n g t i m e  ( T _ l ).   L et  O  an d  M  d ef i n ed  as  i n   e qua t i on  ( 8 - 9 ).   R a n g e s  us e d f or  O  a n d M  by  t he   o p tim iz a tio n  te c h n iq u e s  to   m a x i m iz e  th e  o b j e c tiv e  f u n c tio n   w il l b e  a s  in   e qu a t i on  ( 10, 11) .   T h e  o p tim iz a tio n   a lg o r ith m s   w i ll s e le c t o p ti m a O  a n d  M  v a l u e s   f o r  o b j e c tiv e  f unc t i o m a xi m i z a t i o n.     = . 0                           (  .  )               (7 )     = 1       (  1 )                   (8 )     = 1   .     (  2 )                 (9 )     0 . 1 5 0                   ( 10)     0 . 1 1 0 0                   ( 11)       5.   M E T HOD OL OG Y   O p t i m i zat i o n  t ech n i q u e s  ( I W O  an d  H S A )  g en er al   w or k i ng m e t h odol ogy  t o s e l e c t  opt i m a l  c h a r g i n t i m e a n d  d i s c h ar g i n g   t i m e v a l u es   f o r  o p t i m al  t u n i n g  o f  t h e ad ap t i v e co n t r o l l er  t o   m a x i m i ze t h d el i v er ed   e ne r g y ( E )  t o  t he  gr i d  i s  s ho w n i F i g ur e  3 .           F i g ur e   3.   F l o c h a r t  of   m e t h o dol ogy         6.   S IM U LA TIO N   R E S UL T S   AND CO M P ARI S O N     T h e  s i m u la tio n  r e s u lts  a r e  d i v i d e d  in to  th r e e  s ta g e s .   F ir s t o n e  is  P V  s y s te m  r e s p o n s e  u n d e r  ( v a r ia b le   i r r ad i an ce  p at t er n co n s t a n t   P V   cel l s   t e m p er at u r e) .  T h e s e co n d   o n i s  P V  s y s t e m   r e s p o n s u n d er  ( v ar i ab l i r r ad i an ce p at t er n v ar i ab l e  P V  c e lls  te m p e r a t u r e ) .  A   R o b u s tn e s s  te s t is  c a r r ie d  o u t to  c h e c k  t h e  s ta b ilit y  o f   th e  n e w  o p ti m iz e d  c o n tr o lle r .  F in a ll y ; th e  n e w  o p ti m iz e d  c o n tr o lle r  is   us e d   w i t P V  s ys t e m  c o ns t r uc t e d   i [ 1 8 ]  an d  co m p ar es  i t s  p er f o r m an ce  w i t h  t h u s ed  P & O  o n e.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g     I S S N :  2088 - 8708       E nhanc e m e nt  of   On - g r i d P V  S y s t e m  unde r  I r r adi anc e  a n d T e m pe r at ur e .   ( Ot h ma n  A . M . Oma r )   2655   6. 1.   P S y s t e m  R e s p o n se  U n d e r   ( V a ri a b l e I rra d i a n ce P a t t ern - C o ns t a nt   P C el l s  T e m p era t u re )   Irra d i an ce p at t er n   s h o w n  i n   F i g u r e 4   i s  a p p l i e d  a s  a n i n p ut  t o  t he  P V  a r r a y   w i t ho ut   t a ki ng  c e l l   te m p e r a tu r e   v a r ia t io n s  i n to   c o n s id e r a tio n .   C el l  t e m p er at u r e i s   a s s u m e d  c o ns t a nt  a s  i n F i gur e  5 .   T he   o p tim iz a tio n  p r o c e s s   is   m a d e  o n e  ti m e   u s i n g  in v a s iv e   w e e d  o p tim iz a tio n  a l g o r ith m  a n d  a n o th e r  ti m e   u s in g   h ar m o n y   s ear ch  al g o r i t h m  t o  t u n e t h g ai n s  o f   t h e o p t i m i zed  co n t r o l l er .  A s   s h o w n  i n   T a b le   2 ,  I n v as i v w eed   o p tim iz a t i on a l g or i t hm   g i v e s   s l i gh t l y   h i gh e r  de l i v e r e d e n e r gy  ( E )  t o t h e   g r i d but  t a k i n g l on g e r  opt i m i z a t i on  t i m e.   W h i l h ar m o n y   s ear ch  al g o r i t h m  h as   v er y   l o w e r   o p ti m iz a tio n   ti m e .   F i gur e   6   s ho w s   t he   P V   s ys t e m ' s   d el i v er ed  p o w er  t o  t h e g r i d  af t er  an d  b ef o r e u s i n g  o p t i m i zed  co n t r o l l er .  B ef o r e u s i n g  t h e o p t i m i zed   co n t r o l l er ,  p o w er  d ecr eas ed  t o  zer o  i n   t h e  t i m e i n t er v al s   f r o m  ( t =1 . 1 8  t o  t  =1 . 2 5  s ec a n d  t =1 . 5  t o  t  =1 . 5 2  s ec)   bu t  b y  us i n g bot h  I W O - opt i m i z e d c on t r ol l e r  a n H S A - o p ti m iz e d  c o n tr o lle r  t h e  s y s te m  c o n tin u e s  tr a c ki n g t h e   M P P  w i t h o u t   f al l i n g  t o  zer o  at  t h es e t i m e i n t er v al s .           F i g ur e   4.   So l a r   i r r ad i an ce p at t er n   w i t h  t i m e           F i g ur e   5.   C o n s ta n t c e ll te m p e r a tu r e   v a r ia tio n s           F i g ur e   6 .  D el i v er ed  p o w er  t o   t h e  gr i d   w it h  a n d   w it h o u t o p ti m iz e d  c o n tr o lle r     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   20 88 - 8708   In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g ,   V o l.   8 , N o 5 O c t obe r  20 18   :   265 0   -   2660   2656   T a b le   2.   I W O  a n d  H S A  O p ti m iz a tio n  R e s u l ts   f o r  C o n s ta n C e ll T e m p e r a tu r e   O p ti m i z a t io n   IW O   HS A   C ha r gi n g  t i m e  i n v e r s e   va l u e   ( )     ( 1 )   3 . 0 0 4   9 . 2 7 7   M u l t i p l i e d   c h a r g i n g   a n d  d i s c h a r g i n g  t i m e s   i n v er s e v a l u e( )   ( 2 )   3 0 . 64 8   2 4 . 07 1 3   O b j ec t i v F u n c t i o n (   )(   K W .s e c)   1 3 9 . 8 6 1 6   1 3 9 . 5 0 4 4   N o.  of   I t e r a t i o n s   2 5   2 5   T i m e  T a k e n ( h o u r s )   2 6 . 2   2 .3       6 .2 . PV   S y s t e m  R e sp o n se  U n d e r   ( V a ri a b l e I rra d i a n ce P a t t ern - V a r ia b le   P C el l s  T e m p era t u re)   T h e  o p tim iz a tio n  p r o c e s s  is  r e p e a te d  a g a in  b u w ith  t a k in g  c e ll  te m p e r a tu r e   v a r ia tio n s   in to   co n s i d er at i o n .  T h e as s u m ed  t e m p er at u r e p at t er n  i s  s een  i n  F i g u r e   7 .   T h e t em p er at u r e p at t er n  i s  co n s t r u c t ed   w i t h i n  a co r r el at i o n  co ef f i ci en t  r an g e ( b et w een  i r r ad i an ce an d  ai r  t em p er at u r e v ar i a t i o n s )  a s  i n  r ef er e n ce [ 2 1 ] .   A s  s h o wn   i n T a b l e   3 ,  I W O  a l s o   gi ve s   s l i gh t l y h i g he r  o b j e c t i ve  f unc t i o va l ue  ( E )  b ut   w i t h l o nge r   o p tim iz a tio n  ti m e . H S A  a ls o  h a s   v e r y   lo w e r  o p ti m iz a t io n   ti m e .  T h e  P V   s y s te m ' s  d e liv e r e d  p o w e r  to  t h e  g r id   a f t e r  a n d be f or e  u s i ng  opt i m i z e d c on t r ol l e r  i s  s h o w n  i n  F i gur e   8   T h s y s t e m   b ef o r e o p t i m i zat i o n  f ai l ed   t o   w i t h s t a n d  s u d d e n   d ecr eas e i n   t h e i r r ad i an ce an d   s y s t e m   ou t pu t  po w e r  dr oppe d  t o   z e r o  in  th e  ti m e  in te r v a fr o m   ( t= 1. 18 t o  t  = 1. 71s e c )   bu t   w i t h  I W O - o p ti m iz e d   c o n tr o lle r  th e  s y s te m  c o n tin u e s  M P P T . H S A - opt i m i z e co n t r o l l er  al s o  s u cces s es  t o  t r ack  t h e M P P  at  t h at   t i m e  i nt e r va l .  H o w e ve r  I W O  gi ve s  s l i g ht l y d e l i ve r e d  e ne r g y  t o  t he  gr i d  b ut  H S A  i s   m o r e  r ob us t  a ga i ns t   te m p e r a tu r e  a n d  ir r a d ia n c e  v a r ia tio n s .  I t ' s  c le a r e d   f r o m  t h e  p r e v io u s  r e s u lts  th a w i th o u t t h e  o p ti m iz e co n t r o l l er  t h er e i s  a M P P T  f ai l u r e.       T a b le   3.   O p t i m i zat i o n  T ech n i q u es  R e s u l t s   f o r  V ar i ab l e C el l  T em p er at u r e   O p ti m i z a t io n   IW O   HS A   C ha r gi n g  t i m e  i n v e r s e   va l u e   ( )     ( 1 )   4 . 6 4 3   4 . 4 6 4   M u l t i p l i e d  c h a r g i n g   a nd  d i s c ha r g i n g   t i m es  i n v er s e v a l u e( )   ( 2 )   3 5 . 25 2   2 6 . 14 6   O b j e c t i v e  F u n c t i o n (   )( K W .s e c)   1 3 8 . 3 7 9   1 3 8 . 2 9 9   N o.  of   I t e r a t i o n s   2 5   2 5   T i m e  T a k e n ( h o u r s )   2 8   2 .5             F i g ur e   7 .   V ar i ab l e cel l  t e m p er at u r e p at t er n           F i g ur e   8 D e liv e r e d  p o w e r  to  th e  g r id   w it h  a n d   w it h o u o p tim iz e d   c o n tr o lle r   w it h   v a r ia b le  c e ll te m p e r a tu r e   6 . 3 .  R o b u st n e ss   Te st   T o   ch eck  t h e r o b u s t n es s  o f  t h e o p t i m i zed  co n t r o l l er  s i x  r an d o m  i r r ad i an ce a n d  t e m p er at u r e p at t er n s   ar e u s ed .  P at t er n s  ar e ap p l i ed   t o  t h s y s t e m   w i t h o u t  r ep eat i n g  t h e o p t i m i zat i o n  p r o ces s .   F r o m   F i gu r e s  9 a n 10 ,  I W O  a n d H S A  pr ov e d t he i r  r e l i a bi l i t y  t h r ough  k e e pi ng t h e   s y s t e m  a t  t h e  t h e  M P P  a l t h ough  t h e  n or m a l   s y s te m   w it h o u t o p ti m iz e d  c o n tr o lle r  f a ile d  in  th a t.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g     I S S N :  2088 - 8708       E nhanc e m e nt  of   On - g r i d P V  S y s t e m  unde r  I r r adi anc e  a n d T e m pe r at ur e .   ( Ot h ma n  A . M . Oma r )   2657         a)  I r r a d i an ce P at t er n  1   d )  I r r a d i an ce P at t er n  2   g )  I r r ad i an ce P at t er n  3               b )   T em p er at u r f o r  P at t er n  1   e)   T em p er at u r e f o r  P at t er n  2   h )  T em p er at u r f o r  P at t er n  3             c)  S y s t e m  O u t p u t  P o w er   R es p o n s e f o r  P at t er n  1                 f )  S y s te m  O u tp u t P o w e r  R e s p o n s e  f o r  P a tte r n  2   i)  S y s te m  O u tp u t P o w e r  R e s p o n s e  f o r  P a tte r n  3         F i g ur e   9 .   Ro b u st n e s s   t e s t   f o r  t h r ee d i f f er en t  i r r ad i an ce p at t er n s   w i t h  co r r es p o n d i n g  t e m p er at u r e v ar i at i o n  p at t er n s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   20 88 - 8708   In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g ,   V o l.   8 , N o 5 O c t obe r  20 18   :   265 0   -   2660   2658         a)  I r r a d i an ce P at t er n  4   d )  I r r a d i an ce P at t er n  5   g )  I r r ad i an ce P at t er n  6         F i g ur e   10 .   A n o t h er  d i f f er en t  t h r ee i r r ad i an ce  p at t er n s   w i t h  c o r r es p o n d i n g  t e m p er at u r e p at t er n s  f o r   m o r e co n v en i en t   r o b u st n e s s t e st         b )   T em p er at u r f o r  P at t er n  4   e)   T em p er at u r e f o r  P at t er n  5   h )  T em p er at u r f o r  P at t er n  6           c)  S y s t e m  O u t p u t  P o w er   R es p o n s e f o r  P at t er n   4         f )  S y s te m  O u tp u t P o w e r  R e s p o n s e  f o r  P a tte r n   5   i)  S y s te m  O u tp u t P o w e r  R e s p o n s e  f o r  P a tte r n   6         F i g ur e   10 .   A n o t h er  d i f f er en t  t h r ee i r r ad i an ce p at t er n s   w i t h  c o r r es p o n d i n g  t e m p er at u r e p at t er n s  f o r   m o r e co n v en i en t   r o b u st n e s s t e st   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g     I S S N :  2088 - 8708       E nhanc e m e nt  of   On - g r i d P V  S y s t e m  unde r  I r r adi anc e  a n d T e m pe r at ur e .   ( Ot h ma n  A . M . Oma r )   2659   6. 4.   C om p ar i s on   I n  th is   s e c t i o n,  t he   m o r e  r o b us t  t e c hni q ue  s ho w n  i n  t he  p r e vi o u s  r e s ul t s  ( H S A - o p t i m i zed  co n tr o lle r )   w i l l  b e co m p ar ed   w i t h   t h u s ed  P & O  al g o r i t h m   i n  r e f er e n ce [ 1 8 ] .   T h e  P V  s y s te m   is  c o n s tr u c te d  a s   in   r ef er en ce [ 1 8 ]  u s i n g  M A T L AB / S I M UL I NK  w i t h  t w o  P V a r r a y s   w i t h a b o ut  2 0 0  K W  r a t i ng.  T he  ga i ns   w e r e   o b ta in e d  in  th e   f ir s t r u n  o p ti m iz a tio n   w ill b e  u s e d   w it h o u t c h a n g e  to  p r o o f  th a t t h e  H S A - o p ti m iz e d  c o n tr o lle r   is  s t ill r e lia b le  e v e n   w i t h c ha ngi n g t he  P V  a r r a y  r a t i n g .   T h e i n p u t  i r r ad i an ce  f o r  t h e  f i r s t  an d  t h e s ec o nd  P V   a r r a y  i s  s ho w n i n F i gur e  1 1   T h e t em p er at u r e i s  as s u m ed  co n s t a n t  at  2 5 C  as  i n  [ 1 8 ] .   T h e p o w er  d el i v er ed  t o  t h e g r i d  o b t ai n ed  i n   r ef e r e nc e  [ 1 8 ]  i s  s ho w n  i n F i gur e   12  w hi l e  P & O  a l g or i t hm   w a s   u s e d t o t r a c k  t h e  M P P .   F i gu r e  13   s ho w s  t he   d el i v er ed  p o w er   t o  t he   gr i d   w i t h t he  H S A - o p ti m iz ed  co n t r o l l er  t o  t r ack  t h e M P P .   F r om  F i gu r e s  12 a n d 13   t he   ar ea u n d er  t h e c u r v e  f o r  t h e d el i v er ed  p o w er  o f  t h e H S A - o p t i m i zed  co n t r o l l er  i s   h i g h er  t h an  ar ea u n d er  t h e   c ur ve  o f  t he  P & O  a l go r i t h m ,   s o  H S A - o p ti m iz e d  c o n tr o lle r  g i ve s  h i g he r  d e l i ve r e d  e ne r g y t o  t he  gr i d   w hi c h   m ean s  b et t er  av er ag e M P P T .   F i na l l y f r o m  t he  o b t a i ne d  r e s ul t s ,  r o b us t ne s s  t e s t  a nd   c o m p a r i s o n,  H S A - o p t i m i zed   co n t r o l l er  p r o v ed  i t s  r el i ab i l i t y  u n d er  v ar i ab l e i r r ad i an ce,  v ar i ab l t e m p er at u r e an d  v ar i ab l e P V   r a ti ng.               F i g ur e   11.   I r r a d i an ce  p at t er n s   f o r  ar r ay  o n e a n d  t w o     F i g ur e   12 .   D el i v er ed   p o w e r  to  th e  g r id   us i ng  P & O   a lg o r ith m           F i g ur e   13.   D el i v er ed   pow e r  t o  t h e  g r i d us i ng   t he  H S A - o p ti m iz e d  c o n tr o lle r         7.   CO NCL U S I O N   H eav y  s u d d en  d i s t u r b an ces  s u ch  as   s u d d en  i r r ad i an ce  ch an g es  d u e t o  p ar t i al  s h ad i n g  an d   c o r r e s p o nd i ng t e m p e r a t ur e  va r i a t i o ns   m a y r e s ul t  i M P P T  f a i l ur e  a nd   m a ke  P V  s ys t e m s  u nr e l i a b l e .  U nd e r   d i f f er e n t  r a n d o m  i r r ad i an ce   p at t er n s  t h e i n cr e m en t a l  co n d u ct an ce  w i t h  e n h a n ce m en t   o f  i n t eg r al  r eg u l at o f a ile d  to   w it h s ta n d  t h e s e  d is tu r b a n c e s .  U s i n g  t h e   n e w  o p ti m iz e d  a d a p tiv e  c o n tr o lle r  c o n s is ts  o f   in te g r a l   r eg u l at o r  a n d  s eco n d  o r d er  a m p l i f i er  r es u l t s  i n  n o  M P P T  f ai l u r e s o ;  e n h a n ce m e n t  o f  i n cr e m en t al  co n d u ct an c e   o p e r a tio n  a n d   m o r e  P V  s y s te m  r e lia b ilit y   i s  ach i ev ed .   A f t er   m ak i n g  t h e o p t i m i zat i o n  p r o ces s  t o  t u n e t h e   ad ap t i v e co n t r o l l er  g a i n s  b et t er  r es u l t s  ar e r each ed .  T h I W O - o p t i m i z e d  c o nt r o l l e r   gi ve s   s l i gh t l y hi g he r   d el i v er ed  en er g y  t o  t h g r i d  t h an  T h e H S A - o p ti m iz e d  c o n t r o lle r  b u t w ith  lo n g e r  ti m e  f o r   o p tim iz a tio n .  T h e   HS A - o p ti m iz e d  c o n tr o lle r  is  m o r e  r o b u s t a g a i n s t ir r a d ia n ce an d  t em p er at u r e v ar i at i o n s .   F i na l l y   f r o m  t he   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.