Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   10 ,  No.   3 ,  June   2020 ,  pp. 3 074 ~ 3085   IS S N: 20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v10 i 3 . pp3074 - 30 85          3074       Journ al h om e page :  http: // ij ece.i aesc or e.c om/i nd ex .ph p/IJ ECE   Improve d  s trat egy of an  MPPT  b ased on th e s lid ing m ode  co nt rol f or a PV  syst em         Tao u ni A bder rahim 1 ,  T ouati  A bdelw ahed 2 ,  M ajdoul  Ra do u an e 3   1 La bora tor y   of   E le c tri c al S y st ems  and   Con trol E n gine er ing,   fac u lty   of  sci ences Aï n  Chock,   Hass an  II  Unive rsit y ,   Moro c co   2 ,3 La bora tor y   of   Struct ura l  En g in ee ring ,   In te l li ge nt  S y st ems   and El e ct ri ca l   En erg y   ENSA M,   Hass an  II  Unive rsit y ,   Moroc co         Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   Ma y   9 , 2 019   Re vised  Dec   12 ,   20 19   Accepte d  J an   8 , 2020     The   en erg y   pro duce d  usi ng  a  photovol taic  (P V)  is  m ai nl y   d epe nden t  on   wea the r  f actors  such  as  te m per a t ure   and  solar  ra dia ti on .   Given  t he  high  cost   and  low  y i el d  o f  a  PV   s y stem,   it   m ust  oper at e   at   m axi m um   power  poin t   (MP P),  which  var ie s  a cc ording  to  cha nges  in  lo ad  and  wea th er  con dit ions .   Thi s  cont ribu ti o n  pre sents  an  i m prove d  m axi m um   po wer  point   tracki ng   (MP PT)  cont rollers of  a   PV   s y ste m   in  var ious  cl i m at ic   condi t ions.  Th e  first   i s   a  slidi ng  m ode M PP T  tha t  desig ned  to  be appl i e d  to  a  buck conv ert er in  orde r   to  ac h ie ve an  opt imal  P V a rra y   o utput   voltage .   T he  sec ond  MP PT  is ba sed  on   the   in cre m ental   conducta nc e  algorithm  or   Pert urb - and - Obs erv e   al gor it hm .   It  provide s  the   output   ref er ence   PV   volt age   to  the   slidi ng  m ode  cont rol ler   ac t ing  on  the  dut y   c y cle  of  th e  D C - DC  conve rte r .   Sim ula ti on  is  c a rrie d  out  in  Sim Po wer  toolbox  of  Matl a b/Sim uli nk.   Si m ula ti on  resul t s  conf irm     the   eff e ct iv ene s s  of  the  slidi ng   m ode  cont ro l  MP PT  under   th e  par amete r   var iation envi ro nm ent s a nd  sho wn t hat t h e  con tr oll ers  m eet its o bje c ti ves.   Ke yw or d s :   Buck   c on ver te r   In c rem ental   c on duct ance     Pertu rb an d  o bse rv e   a lg or it hm   PV  m odule   Sli din g m od e,  MPPT   Copyright   ©   202 0   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Tao un i  A bd e rrahim ,     Lab or at ory   of   Ele ct rical  System s an d   Co ntr ol E ng i neer i ng ,   Hassa n  I I U nive rsity ,   Moh am m adia Schoo l  of E ng i neer s , Ra bat ,   Mor occo ,   Em a il :  ta ou ni40 @ hotm a il . com       1.   INTROD U CTION   Photo vo lt ai c  syst e m s  us e  so la r  cel ls  or   a  group  of  them   to   conver t  sunli ght  directl y  into  el ect rici t y.   The  powe r  produce d  by  ph otovo lt ai c  syst e m s  dep e nds  on  the  ir ra diati on   a nd  te m per at ur e   of  t he   so la r   cel ls   [1] .  Hab it ually ,  the  energy  produce d  by   so la r  cel ls  is  us e d  to  pro vide   power   to  a  lo ad  an d  the  rem ai nin g  energy  is  store d  in  batte ries .  The  no nline ar  cu rr e nt  volt age  ( I - V)   c harac te risti c  of   P V  presents  a  m ajo r   chall enge  in  their  us age ,  w hi ch  le ads  to  a  sing le   m axi m um  po we r  poi nt  MPP  in  the  powe r  volt age  ( P - V)  curve   [2,  3] . T his  po i nt v a ries  w it h  te m per at ur e  and s olar  ra diati on  t hat m akes it  harder  to  ac hieve.   The  m ajo r  p ri nciple  of  MP PT  is  to  extra ct   the  m axi m u m   avail able  po we r  f ro m   PV   m od ule  by   m aking   t hem   op e rate  at   the   m os t  eff ic ie nt  vo lt age   (m axim u m   po wer  point)   [4 - 6] .  M or e over,   the   m axim u m   powe r  va ries  accor ding  to   the  le vel  of   sol ar  ra diati on ,   the  am bient  te m per at ur e  an d  the  te m per at ur e  of     the  phot ovolta ic   cel ls   [7] .   The  MPP T  f unct ions  as  an   integrate d  sy s tem ,  including  a  com bin at ion   of   a  hard war e  pa rt  co ns ti tuted  by  a  DC - DC  c onve rter,  a nd  the  co ntr ol  al gorithm   act ing   as  a  softwa re  par t  of    the MPPT . T hi s co m bin at io n  determ ines the  value o f  the  P V  syst em   [8] .   Indee d,   t he  r ol e  of   t he  MP P T  is  tu ning  th e  operati ng  po int  of  the   PV  syst e m ,  so   as   to  e xtract     the  m axi m u m   powe r  pro vid e d  by  the  P V  s yst e m .  The  design   of   a n  ef fici ent  MPPT  s chem e  m us t  e ns ure   accurate  a nd  r obus t  trac king,   overc om ing   the  pr ese nce  of   m od el ing   e rro rs,   t he  non - li ne arit y  of   t he  c urren t - vo lt age  c har ac te risti c  cur ves   of   the  phot ovoltai c  cel l  a nd   the  ra pid   changes  in  te m per at ur e  and  so la r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Impr oved strat egy  of an M PP T base d o n   the   sli din g m ode c on tr ol for  a PV  system   ( T aoun i Ab derr ah i m )   3075   inso la ti on.   T o  reach   the  MP P ,  m any  pap er s  hav e   bee n  pre sented  with  di ff e ren t  c ontrol   schem es  wh ic h  ca n  extract  m axi m um   of   so la r  po wer   as   m uch   a s  possible.  So,   seve ral  m e thods  hav e  bee n  i m ple m ented,   nam ely   trackin g  syst em s   Perturb  an d  Ob se rv e  ( P& O)   [9 - 11] ,  incr e m ental   con du ct ance   [12] ,   op en  ci rcu it   volt age,  an d  sh ort   ci rcu it   c urren t   [ 13] .  I n  order   to  e nha nce  their  perf or m ance  an d  to  m ini m iz e  th e  m at erial ,  m o dified   te chn iq ues  h a ve  b ee n pro po se d.   The  P& O  m et hod  is  exte ns ively   us e d  du e  to  it s   si m ple  i m pl e m entat ion .  It   con sist s  in     the  per t urbati on  of   the  pan el   vo lt age  per i od i c al ly ;   by  the  var ia ti on   (inc rea sing   an d  dec re asi ng)  of   the  c yc li ca l   rati o  of   t he  c onve rter  t o  reac h  MPP T.  In  in crem ental   condu ct a nce,  t he  volt age  a nd  cu rrent  of  t he  s olar   pa nel  are  m easur ed  to  au gur  the  ef f ect   of   the  va riat ion   of  the  vo lt age  on   the  outpu t  p ow e r.   T he   MPPT  al gorithm s   above  ca n  be   i m ple m ented  with  a  c onve rg e nt  sta bili ty   gu a ran te e d.  Howe ver,  in   bo t h  m et ho ds  rap i d  conve rg e nce  r equ i res  a  la rge  ste p  of   pe rturbati on  res ulti ng   m or e  chat te ring   a rou nd  MPP.  I n  ad di ti on,     the  ou t pu t  po wer  cha nge  re flect s   not  on l y  the  ef fect  of  the   va riat ion  o f  the   vo lt ag e  pe rtu rb e d  be cause   the po wer can   be  c hange d by  changin g  m et eorolo gical  con diti on s   [ 14 ] .   Othe rs  MPPT  con t ro l  syst em s  based   on  f uz zy   log ic   hav e  been   int rod uce d   [15 - 18] .  The   f uzzy  log ic   con t ro ll ers   ( FL Cs)  ar e  s ucces sfu ll y  a pp li ed   in  the   im ple m e ntati on  of  MP PT.  They  offe r   bette r   pe rfor m ance.  Their  c on tr ol  is  robust  and   does  not  re qu ire   exact  pr io r  kn ow le dg e  of   the   m at he m atical   m od el   of   the  syst e m .  Fu zzy - base d  MPPT  al gorith m s   su rp as s  th os e  us i ng  P  &   O  an d  incre m ental   con duc ta nce  beca us e  of   thei r  rob us tness   [ 19 ] .   A n  a rtific ia l n eur al   netw ork ( ANN) ha s also  b ee n use d  wit h  the  FLC  for  t he  MPP T  of  t he  PV  m od ule   [20,   21] .   The  Fu z zy   and   A NN - bas ed  MPPT  al gorithm s  exceed   al l  oth ers  bec ause  of   th ei r  r obus t   respo ns e.  H owe ve r,   t he  c ost   of   c al culat ion,  the   com plexity   of   t he  i m ple m entat ion   an d  the  te nd ency  to  conve rg e  to wa rd s  the l ocal m axim a in case o f  p a rtia l sha din g are  the  disa dv a ntage s.   Lat el y,  m any  research e s  are   unde r way  in  th e   fiel d  of  no n - li near   co ntr ol.  Ma ny  non - lin e ar  co ntr oller s   are  al so   us e d  to  track  PV   m od ule  MPPs,   includi ng  the   sli din g  m od e   and   bac ks te ppin g  co ntr ol  [ 22 - 2 7 ] .   A  P hoto vo lt ai c   cel l  is  a  non - li near .   Sim i la rly ,  the  c onve rte rs  a re  al s o  m od el ed   ass um in g  th at   they   res pond  li near ly   to  the   var ia ble  duty   cy c le .  Howe ve r,   they   al s o  descr i be  nonlinear  be hav i or.   The  rob us tne ss  an d  sta bili ty   that  a  nonli near  co nt ro ll er  ca n  rea li ze  wh e n  t rac king  t he  MPP   can not  be   ob t ai ned  by  t he  ot her s   con t ro ll ers   [29 ] .   In   this  pa pe r,   the  sli di ng   m od e  con tr ol  ( SMC )   is  pro pose d  t o  r e gu la te   the  du ty   cy cl e  of   DC - DC  buck  c onve rter  to  br i ng   t he  P V  m od ule  to  ope ra te   at   it s  m axi m u m   po we r  point.   This  co ntr ol  strat eg y   pr ese nt  at tract ive  feat ur es ,  s uc h  go od  sta bili ty ,  si m plicity ,   high  acc ur acy ,  r obus tne ss  a nd   a   finite   re s pons e   tim e   [ 29 - 3 1 ] .  T w o  MPPTs  ve rsions  are  de velo ped,  the  first  is  a  Sli ding   Mod e  C on t ro l le r  MPPT  that   br i ngs   the  so la r  pan el   to  w ork  m axim u m   po wer   point  Fi gure  1.   Seco nd ly ,  a n  MPPT  al gorith m   P&O   or   i ncre m ental   cond uctance ,  pro vid es   to  a   sli ding  m od e  c on trolle r  t he  ou t put  re fe re nce  P V  vo lt age .  T hi s  co ntr oller  act s  on   the s witc h of  t he bu c k  c onve r te r  f or the s olar  p a nel outp ut  volt age  rejoin s t he refe ren ce  volt age F i gure  2.               Figure  1. Co ntr ol  s c hem e w it h  s li ding  m od e  c on t ro ll er M PP T   Figure  2. Co ntr ol  s c hem e w it h  s li ding   m od e  c on t ro ll er  an d M PPT  a lg ori th m       2.   SY STE M MO DELING   2.1.   P V  ch ar ac teristic   A  so la r  cel l  is  a  basic  com ponen t  of   a  P V  s yst e m .  Gen eral ly ,  on ly   a  few   watt s  (2W)   of   powe r  are  pro du ce d  by  each  s olar  cel l  and   c orres ponds  t o  the  open   ci rcu it   volt age  is  in  bet ween  0.5  a nd   0.7  V  dep e ndin g  up on  the  m at erial  of   s olar  cel l.  Since  this  powe r   is  insu ff ic ie nt  to  supp ly   m os t   dev ic es,  the  volt age   m us t  be  increa sed  a nd  the refor e   incr easi ng   the  powe r.   P V  a rr ay   m odule  co ns ist s  of  num ber   of  se rie s  an d  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  3 ,  J une  2020  :    3 0 7 4   -   3085   3076   par al le l  co nnec te d  cel ls  as  pe r   th e  re qu i red   r at ing   of   P V  a rray   [33 ] .  S o,   to  increase  t he  vo lt age  these  cel ls  are   cl us te red  in  se r ie s an d  in p ar al le l t o  increase t he  curre nt.  So l ar cell s p resen t  n at ur al ly  n onli near  cha racteri sti cs  I - V  an d  P - V,   wh ic h  de pe nd  on   t he  s olar  rad ia ti o n  an d  the  te m per at ure  of   t he  cel l.   A  sim ple  el ec tric al   equ i valent  m od el   with   sin gle   diode  is  a dopt ed.   As  s how n  i n  Fi g ure   3,   t he   eq ui valent  ci r cuit  of  a  P V  ce ll   has   a  cur re nt  sourc e  ( ),   a  diod e  connecte d  in   par al le l,  a  series  resist or   ( )  and   a  pa r al le l  resist or   ( )  [34 ].  The  e quat ion  wh ic h reflect s  the r el at io n between  the  volt age a nd curre nt  in the PV  m od ule can  b e  writ te n  as:     0 . e x p 1 p v p v S p v p v S p v p h Tp V I R V I R I I I a V R           (1)     w he re  I ph   is  t he  c urre nt  ge ner at e d  by  the   incide nce  of  li gh t.  Io  is  t he   re ver se   sat ur at ion  cu rr e nt,   V T   is   the  j unct io n  th erm al   vo lt age  ( V T =N s . kT/q )  of  N S   series - c onnected   s olar   cel ls  pe r  m odule,  q  is   the   el ect ron   charge  ( 1.6 0217646× 10 - 19 C) ,  k  is  the  Bolt z m ann   co ns ta nt   (1 . 380650 3× 10 - 23   J/K ),   T  i s  the  tem per at ur e  of    the  p - n  jun ct io n  i n  Kelv in   a nd  a   is   the   di ode  ideal it y  facto r.   The   li gh t   ge ner at e d  c urre nt  I ph   an d  the  sat ur at i on   current  de pend  on th e  tem per at ur e a nd s olar radiat io n  that c an be e xpresse d by the  f ollowi ng  e quat io n:     , p h p h n i n n G I I k T T G   (2)     w he re  I ph,n   is  the  li gh t  ge ne rated  c urren t   at   the  no m inal  conditi on ,  G n   is  the  irra diance  at   ST C ,   G   is   the s urface ir ra diance  of the  c el l and   k i   is  the  shor t ci rcu it  c urren t c oe ff ic ie nt.     3 0 0 , 11 e x p g n n n qE T II T a k T T            (3)     w he re  E g   is  th e  band  gap   e ne rg y  of   the  se m ic on duct or  ( 1.12 e V  for   th e  sil ic on ),   I o,n   and   V oc,n   re presents   resp ect ively   t he  no m inal  sat ur at io n  c urr ent  an d  t he  open   ci rcu it   volt age  at   STC,   al so   T n   a nd  T   are ,   resp ect ively ,  th e nom inal and   the act ual tem per at ur e s in  K el vin .           Figure  3. Eq ui valent  c irc uit o f  s olar  c el l       The  P V  ar ray  consi der e d  in  this  w ork  is  th e  m on oc rista li n  10 0W   Sun powe r  Fle xib le   so la r  pan el .     The  c orrespo ndin g  el ect rical   char act e risti cs  are  li ste d  in  Ta ble  1.   In  order   t o  use   the  so la r  pa nel  in     the  f ollo wing  si m ulati on s;  th e  ide ntific at ion   of  sin gle  d i od e   m od el   pa r a m et ers  is  pe r form ed.   The   m et ho d  adopted  to  determ ine  I ph ,  I o ,   has  R S   and   R P   is  the  detai le d  in  [ 35 ] .  I t  is  a   si m ple  and   acc ur at e  m et ho d    that  al lows   us i ng  data  s uppli ed  by  the  m anu fact ur e r  to  ca lc ulate   these  pa ram et ers.   The   res ults  obta in ed  are   sh ow n  in  Ta bl e  2.   Fi gure  4  a nd  Fig ur e  5  s how  t he  I - V  c urves  an d  P - V  re la te d  to  so la r  pa nel  us e d  f or  di ff ere nt   Tem per at ur e  L evels  a nd  di ff e ren t  ir ra diance   le vels.  T he  P - V  c urves  pass   t hro ugh  m axi m um s  in  w hich  t he  P V   gen e rates  m or e  powe r  tha n  ot her   point s.  T he re  are  m axi m um  po we r  po i nts  for  eac h  cu r ve .  The refore ,  duri ng  on e  d ay  t he  m axim u m  p ow e r po i nt of a  P V v aries acco r ding  to  the  irr a dia nc e an d  te m per at ur e.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Impr oved strat egy  of an M PP T base d o n   the   sli din g m ode c on tr ol for  a PV  system   ( T aoun i Ab derr ah i m )   3077   Table1 . Solar   a rr ay   d at asheet  p aram et ers   I m p   5 .7A   V m p   1 7 .7V   P m p   1 0 0 .89 W   Isc   6 .1A   Vo c   2 1 .7V   Ns   32   Ki   0 .01 5 %/°C   Kv   - 0 .34 %/°C       Table  2.   Param et ers  o btaine d of  t he  s olar   p a nel    So lar  p an el para m eter   Valu e   a   1 .3   R S   ( )   0 .16 2 7 2 6 2 9   R P   ( )   2 9 9 .42   I O   ( A)   9 .34 2 9 e  - 9   Iph  ( A)   6 .10 3 3 1               (a)   (b)     Figure  4. (a )  C urren t – v oltage   and ( b) P ow e r – v oltage  c urve s of PV  a rr ay  a t 25°C               (a)   (b)     Figure   5. (a )  C urren t – volt age   and   ( b) P ow e r – v oltage  c urve s of PV  a rr ay  a t 100 0W /m 2       2.2.   Buck  con vert er  model ing   The  ave rag e d  m od el   of   the  bu ck  c onver te r  is  ob ta ine d  by  app ly in g  the  f undam ental   law s   gove r ning  the  f unct ion i ng  of  the   syst em .  The  co nv er te r  sc hem e  is  sh ow n  in  Fig ure  6.   The  dyna m ic   equ at ion s  of   this   conve rter ca n be e xpresse d  a s:     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  3 ,  J une  2020  :    3 0 7 4   -   3085   3078   {      1  = 2 −   2  = 1  1 2 − 1 1     (4)   w he re   = [ 1   2 ] = [      ] ,   =     as  a n  e qu i valent  loa d  connecte d  to  P V  pan el   a nd    is  duty   cy cl e .   The  bu c k  c onve rter  is  powe re d  by  the  s olar  pan el .   Th e  in put  volt age  var i es  co ntinuo u sl y  with   the  wea ther.  Ther e f or e,  the   du ty  cyc le  s hould  c ha ng e  to  foll ow the m axim u m  p ow er  po int o f  the  ph otovo lt ai c ar ray.           Figure  6.  S c he m e o f  t he DC - DC  b uc k  c onve rter       3.   SLIDI NG M ODE  CONTR OL   DESI GN:   Eq uation ( 4) c an be  wr it te n  a s foll ow :     ̇ = ( ) + ( ) +             (5)     w he re   ( x ) = ( 0       x 2 R pv C 1 ) ,   g ( x ) = ( x 2 L         − x 1 C 1 ) a nd       = ( −          0 )     Accor ding  to   the  P V  c urves   sh ow n  for  var i ou s   ra diati on  le vels  in   Fig ure  4  ( b ) ,   the  m axim u m   po we r   point   MPP ex pressi on is c har act e rized  by:     ∂ P pv ∂ V pv = ∂ ( V pv I pv ) ∂ V pv = ∂ I pv ∂ V pv V pv + I pv = 0   (6)     This e xpressi on is c hosen  as t he  sli di ng surfa ce f or  t he  SM C M PPT     S ( x ) = ∂ P pv ∂ V pv           (7)     An al yz in g  t he   relat io ns hi p  be tween   t he   sta te   of  S ( x )   an d  the   posi ti on  of  th e  oper at ing  po int  on   Figure  ( 7 ) ,  it  is n ecessa ry to   m ake th e c hoic e of the  foll ow i ng contr ol law:     = {   0            ( ) ≥ 0 1          ( ) < 0   (8)     The  eq uatio n  of   the  ph oto v oltai c  curre nt  is  giv en  i n  ( 1) .  W he n  we  n eglect   the  eff ect   of   the r esi sta nces  RS an d  RP , th e  curre nt Ip v be com es:      =  ℎ − ( exp (  ) − 1 )   (9)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Impr oved strat egy  of an M PP T base d o n   the   sli din g m ode c on tr ol for  a PV  system   ( T aoun i Ab derr ah i m )   3079   So ,  S(x )  ca n be  w ritt en  as:     ( ) =    +  = ℎ − ( 1 +  ) exp   (  ) +   (10)     The  e quivale nt  contr ol in pu t  u eq   is o btained  from   the cond it io n:     ̇ ( ) = 0      ̇ ( ) =  ( )  = − (  + 2 ) exp (  ) ̇  = 0       ⇒ ̇ = 0          is t he n deduct ed fr om  ( 4) :      1 = 2  1 =   ℎ   ≠ 0   (11)     The  e quivale nt   com m and   is   eff ect iv e  on c e  the  tra j ect or y  of  the  syst e m   state  reache s  the  sli di ng   su r face  ( sli ding  m od e).  A  rea chin g   la w  m us t  be  ex pr es sed  to  bri ng  the  tra j ect ory   to  the  s li din g  s urface  duri ng   the con verge nc e m od e.    The  sim plest f or m  that can ta ke  is as  foll ow s:     = − 1 .  ( ( ) )     w he re  k 1    re pr e s ent  a  po sit ive  c on sta nt  of   t he  synthesis  disco ntinuo us   la w.   The  sli di ng  m od e  c on t ro l  la w  can  be writt en  as  bel ow :     1 =  1 +   (12)     To veri fy co nv erg e nce i n  fi nite t i m e, a candidate Ly ap unov  fun ct io n  is  de f ined by:     ( ) = 1 2 2 ( )     Its d y nam ic , r el at ive to tim e, i s g i ven b y:     ̇ ( ) = ( ) ̇ ( ) < 0     To  e nsure  con verge nce in a  f init e tim e, w e  can c ho ise   :     ̇ ( ) = − (  + 2 ) exp (  )       In case:      S ( x ) > 0          Wh e nce     S ( x ) S ̇ ( x ) < 0     In case:     S ( x ) < 0       and    < 0     ⇒ ̇ ( ) > 0     Wh e nce     S ( x ) S ̇ ( x ) < 0     It is d em on stra te d  that t he  sys tem  is asym pto ti cal ly  stable.       4.   SLIDI NG M ODE  CONTR OL LE R  WIT H MPPT   ALGORI THM   In   this  sect io n,  the  desig n  of  a  sli din g  m od e   con tr oller  ( S MC )  us in g  a  re fer e nce  volt ag e  prov i ded   by  an  MPP T alg or it h m  w il l be  presented .   F or th is co ntro l,  the  s li din g su rf ace   beco m es:     ( ) = 2 −    (13)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  3 ,  J une  2020  :    3 0 7 4   -   3085   3080   w he re  V pv ref   is  vo lt age  pr ov i ded   by  an  MP PT  a lgorit hm   (P erturb  &  O bs er ve   or   I ncr em ental   cond uctance ).  The  c ontrol la w  f or this  ca se  is desc ribe d by:     { 0            ( ) < 0   1            ( ) > 0   (14)     The  e quivale nt  contr ol in pu t  u e q2   is o btained  from   the cond it io n:     ̇ ( ) = 0     ̇ ( ) = ̇ 2 −   ̇    = 0     ̇ ( ) = 1  1 2 −  2 1 1 −   ̇        = 0       ⇒  2 = 2  1 − 1 1 ̇                                                                                                                                     2 =  − 1 ̇                                                                   ℎ   ≠ 0     a   reac hing law   is t aken :     = 2 .  ( ( ) )     w he re  k 2   is a  pos it ive co nst ant.  The  sli di ng m od e c on t ro l l a w ca n be  wr it te n as bel ow :     2 =  2 +   (15)     4.1.   M axim u m po w er  refer ence v olt age   The  r ol e  of   the   MPPT  al go rit hm   is  to  cal cul at e  the  op ti m a l   ou tp ut  volt age   of   the  ph otov oltai c  pan el   cal le d  Vpv ref   wh ic h  al lows  the  PV   syst e m   to  fu ncti on  at   it s  MPP.  Fo r  t hat  two  well - kn own  al gorithm s  per t urb - a nd - O bs er ve  al gorith m  w it h  adap ti ve  step a nd Inc r e m enta l C onduct ance alg or it hm  are  te ste d.     4.1.1   Adap tiv e P&O  a lg orit hm   The  al gorithm  ad opte d f or ad aptive Pe rtu r b & Obse rv e  is  de scribe d  as  foll ow s:     {          ( ) =  ( − ℎ ) + & .  ( Δ  Δ  ) Δ  =  ( ) −  ( − ℎ ) Δ  =  ( ) −  ( − ℎ ) & = 3 . | Δ  |   w he re   k P& O   an  a dap t ive  ste p  is   de pe nd e nt  on  t he   cha nge   of   the   PV  po wer  a nd  h   is  the   ste p  ti m e .  T he   posit ive  const ant  gain  k 3   is ad justed t o o btain th e  best  fun ct io ning  of t he  MPP T.     4.1.2.   Increm ent al c onduc t an ce  algorit h m   The  al gorithm  ad opte d f or Inc rem ental  Con duct ance is  d es c ribe d  as  f ollows:     {          ( ) =  ( − ℎ ) +  .  ( I  V  + Δ I  Δ V  ) Δ  =  ( ) −  ( − ℎ ) Δ  =  ( ) −  ( − ℎ )  = 4 . | Δ  |     w he re  k I n c   an  a dap t ive  ste p  is  de pe nd e nt  on  the  change  of  the  PV   powe r  a nd  h   is  the  ste p  ti m e.  The   posit iv e   const ant  gain  k 4   is ad justed t o o btain the  best  s uitable  per for m ances of th e   MPPT.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Impr oved strat egy  of an M PP T base d o n   the   sli din g m ode c on tr ol for  a PV  system   ( T aoun i Ab derr ah i m )   3081   5.   SIMULATI O N   RESU LT S   To  ve rify  the  validit y  and   ef fecti ven es s  of  the  pro po s ed  s li din g  m od e  con t ro ll ers ,  sim ulati on s  a re   dr a w n  to  il lust rate  their  perform ance.  The  c on t ro ll ed  syst em   is  a  bu c k  dc - dc  c onve rter  with  the  c om po ne nt s   ind ic at ed  in  T able  3.   T he  pa ram et ers  of   the  desig ned   c ontr ollers  are  c ho s en  as  re por te d  in  Table  4.   In   this   stud y,   the   m on o c rysta ll ine  100W  Sun powe r  Fle xib le   s ola r  pan el   is  sel e ct ed  as   the  source   of  phot ovoltai c  energy.  T he  num ber   of  s olar   pa nels  ch os e n  to  pro vi de  50 0W  m axi m u m   powe r  is  5  m odules  c onnect ed  in  series.   T he  sim ula ti on   tim e   is  cho se n  s hort  to  sho w   the  respo ns e   tim e   of   the   stud ie d  c ontrolle rs .    Irrad ia nce  pro f il e  is   sh own  in  F ig ur e   7  ( f )   and   the  F ig ures  7  ( a - c )   repr esent   resp e ct iv el y   the  evo luti on   of  vo lt age ,  c urre nt  an d  powe r   of  the   P V  ar ray  in  res ponse   to  the   ir rad i ance  var ia ti on   us i ng  sli ding   m od e  con t ro ll er  SM C  M PPT.   The   volt age,  c urre nt  an d  powe r  of   t he  P V  a rr a y  us in g  the   S MC   with  Pe rturb  a nd   Ob se r ve  MPP T  al gorithm   a re  il lustrate d  i n   F ig ures  8  ( a - c)  a nd   t hose   corres pondin g  to  the   SMC   with   increm ental  co nductance  are  in   Fi gures 9  (a - c ) .    The  loa d  volt ages  co rr es po nd ing   to  the  dif fe ren t  co ntr ollers   are  sh ow n  in  Figure  7  ( d ) ,  F igure  8  ( d)  and  Fig ure  9  ( d ) .  T he  var ia ti on s   of   du ty   cy cl e  are  dep ic te d  in   Fi gure  7  ( e ) ,   Fig ure   8  ( e )   a nd  Fig ure.   9   ( e ) .     Fr om   si m ulatio ns,  the r ob us tness o f  dev el oped  c ontr ollers   is  ob se rv e d.   T he  m axi m u m   p ow e r  is  achie ve d  with   excell ent  accur acy   seen  the  va riat ion   of  irra diance.   F r om   th e   va r i ou s   s im ul a t i on   r e s ul t s ,   w e   c a n   c on c l u de   t ha t   t he   s l i di ng - m ode   a nd   t he   i nc r em e nt a l - c on du c t a nc e   c on t r o l   m od e s   ha ve   f a s t e r   c on ve r g e nc e   t im e s   t o  r e a c h     t he   sm a ll e r   M PP   po w e r   po i nt   c om pa r e d  t o  t he   pe r t ur be d  a n d  o bs e r ve d  a l g or i t hm .       Ta bl e3. Par ameters   of  t he   b uck   c o nver te r   C 1   660µF   C 2   100µF   L   120µH   R L   1 .8Ω     Table  4.   c ontr ol le rs  p a ram et er s    k 1   10   k 2   1   k 3   0 .00 1   k 4   4                       Figure  7 .  ( a - c)  Re sp ect ively   volt age,  c urre nt   and p ower   of P V  a rr ay , ( d)  l oa d vo lt age   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  3 ,  J une  2020  :    3 0 7 4   -   3085   3082         Figure   7 .   (e ) D uty  cy cl e o f  bu ck  c on t ro l a nd  (f) ir rad ia nce  pro file  u si ng  S MC   MPPT ( c onti nu e )                             Figure  8 .  ( a - c)  Re sp ect ively   volt age,  c urre nt   and   p owe r   of   PV   a rr ay ,  (d)  load  volt age  (e )  duty  cyc le  o f   bu c k  con t ro l a nd (f)   irrad ia nce  pro f il  u sin g  SMC   P &O  MP PT a l gorithm       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Impr oved strat egy  of an M PP T base d o n   the   sli din g m ode c on tr ol for  a PV  system   ( T aoun i Ab derr ah i m )   3083                         Figure  9 .   (a - c)  R espe ct ive l y   volta ge,   cur ren t and   power  of  PV   a r r a y ,   (d )  L o ad  vo ltage  ( e)  du t y   c y cle  of  bu ck cont ro l   and  (f)  irr adi an ce pr ofil   using   SM C  i ncr emental cond uct an ce   MP PT  a lgori t hm       6.   CONCL US I O N   In   this  pa per ,  an  im pr ov e d  m axi m u m   po w er  point  trac kin g  (MPPT )  co ntr olle rs  of  a  PV   syst em   in  var i ou s   cl im a tic  co nd it io ns   is   pr ese nted .  T he   co ntr ol  ba sed   upon  the   sli ding  m od e  a ppr oa ch  for  P V  syst e m   is   synthesiz ed .  Using  this  fa st  and   r obus t   con tr ol  syst e m ,  su it able  MPPT  pe rform ances  are  obta ined .     Indee d,   the  des ign   of  MPPT  c o nt ro l  with  sli ding  m od e  fo r  photov oltai c  syst e m   based   a  sta ti c  bu ck  co nverte r   represe nt  one  of  the  m os t  eff e ct ive  ways  to  optim iz e  PV   syst e m s  with  high   perform ances.   The  key  no velty   of  the  con t ro l  al gorithm   pr esent ed  li es  in  the  way  dynam ic   of   di ff e ren t  m e thods  to  desi gn  sli ding  m od e   con tr ol  with  MP PT.   A  c om par ison  betwee n  a  s li din g  m od e   con t ro ll er   MP PT,  a   co ntr ol le r  with   inc re m ental  cond uctance   al gorithm   and  a   one  with  pe rturb  a nd  obser ve  al gorithm   i s  en de d.   The   three   co ntr oller s  ar e   eff ic ie nt  a nd   r obus t.  Ra pid it y  to  reach  t he   m axi m u m   power   point  is  the  qual it y  of   the  two  ci te d  above  com par ed  t o  th e Pert urb  a nd  Ob se r ve  al go rithm .       REFERE NCE S   [1]   N.  Ham rouni,   M .   Jraidi,  and  A.  Chéri f,  "S ola r  ra dia ti on   and  ambient   t empera tur e  eff ects  on  th e  pe rform anc es  of  PV   pu m ping  S y stem,"  Journal   of Re newabl e   Ene rgi e s ,   vol. 11, no. 1,  pp.   95 – 106 ,   200 8.   [2]   S.  Prem rude epr e ec ha cha rn   and  N.  Pata n api rom ,   "S ola r - arr a y   m odel li ng   and   m axi m um   power  point   tr ac king   usin g   neur al ne tworks, " i n  2003   IEEE Bologna Power T ec h  Conf ere nc e   Proceedi ngs,   B ologna ,   It aly ,  vo l.   2 ,  p p .   5 ,   2003 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.