I nte rna t io na l J o urna l o f   P o wer   E lect ro nics   a nd   Driv e  S y s t em   ( I J P E DS)   Vo l.  1 7 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   20 2 6 ,   p p .   2 1 8 3 ~ 2 1 9 6   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijp ed s . v 1 7 . i 3 . p p 2 1 8 3 - 2 1 9 6           2183       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   Energ y  optimiza t io n of an elec tric   v ehicle charg ing  s tatio n using   a  hybrid ST A - G WO  M PP T  s trate g y       Sa m ia   Am r o un i 1, 2 ,   Sa id Ais s o u 3 ,   Ra f ik   M edj o ud j 1 ,   E ly a zid A m iro uche 3 ,   Na bil   B eny a h ia 4 ,   Abdelh a k im   B elk a id 5   1 La b o r a t o i r e   LI TA N   Éc o l e   su p é r i e u r e   e n   S c i e n c e s   e t   T e c h n o l o g i e s  d e   l ’ I n f o r mat i q u e   e t   d u   N u mér i q u e   R N   7 5 ,   B e j a i a ,   A l g é r i e   2 D e p a r t me n t   o f   A u t o ma t i o n ,   M o u l o u d   M a mm e r i   U n i v e r si t y   o f   Ti z i - O u z o u ,   Ti z i - O u z o u ,   A l g e r i a   3 La b o r a t o i r e   d e   M a i t r i s e   d e s   En e r g i e s   R e n o u v e l a b l e s   ( L M ER ) ,   F a c u l t é   d e   T e c h n o l o g i e ,   U n i v e r s i t é   d e   B e j a i a ,   B e j a i a ,   A l g é r i e   4 ESM E   R e sea r c h   La b ,   I v r y - su r - S e i n e ,   F r a n c e   5 La b o r a t o i r e   d e   T e c h n o l o g i e   I n d u st r i e l l e   e t   d e   l ’ I n f o r mat i o n   ( LTII ) ,   F a c u l t é   d e   Te c h n o l o g i e ,   U n i v e r si t é   d e   B e j a i a ,   A l g é r i e       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u l 2 4 ,   2 0 2 6     R ev is ed   Au g   1 7 ,   2 0 2 6     Acc ep ted   Au g   2 4 ,   2 0 2 6       Th is  p a p e r  p re se n ts  a   h y b ri d   e lec tri c   v e h icle   c h a rg i n g   sta ti o n   p o we re d   b y   b o t h   a   P V  so u rc e   a n d   th e   u ti li ty   g rid ,   i n c o r p o ra ti n g   a n   e n e rg y   m a n a g e m e n t   stra teg y   t h a t  p rio r it ize s  th e   u ti li z a ti o n   o f   so lar  e n e rg y   wh il e   e x p o rti n g   su rp lu s   p o we r  to   th e   g rid   d u r i n g   p e rio d s  o f   lo w  c h a rg in g   d e m a n d .   T o   e n h a n c e   t h e   p e rfo rm a n c e   o f  m a x imu m   p o we r  p o i n t   trac k i n g ,   a   h y b rid   c o n tro l  stra teg y   i n teg ra ti n g   th e   g re y   wo lf   o p ti m ize r  (G WO)  a n d   t h e   su p e r - twisti n g   a lg o r it h m   (S TA)  is  p r o p o se d .   T h e   G WO  p e rfo rm s  ra p id   g l o b a l   e x p lo ra ti o n   t o   a c c u ra tely   i d e n ti f y   t h e   m a x imu m   p o we r  p o i n t,   w h e re a s  th e   S TA  e n su re s  p re c ise ,   ro b u st,  a n d   c h a tt e rin g - fre e   trac k in g   u n d e r  st e a d y - sta te  o p e ra ti n g   c o n d it io n s.  Th e   p r o p o se d   s y ste m   wa s  m o d e led   i n   M ATLAB/S imu li n k   a n d   v a li d a ted   u n d e r  a   d y n a m ic  irrad ian c e   p ro fil e   c h a ra c teriz e d   b y   b o t h   a b r u p t  a n d   g ra d u a l  v a riatio n s .   S imu lati o n   re su lt s   d e m o n stra te  a   c o n v e r g e n c e   ti m e   o f  2 - 3   m s,  re sid u a l  p o we r  o sc il latio n s   b e lo w  0 . 1 % ,   a n d   a n   a v e ra g e   trac k in g   e fficie n c y   o f  9 9 . 3 8 % .   Co m p a re d   with   c o n v e n ti o n a l  M P P T  tec h n iq u e s,  th e   p ro p o se d   S TA - G WO   a p p r o a c h   sig n ifi c a n t ly   su p p re ss e s  ste a d y - s tate   o sc il latio n s,  a c c e lera tes   c o n v e rg e n c e ,   a n d   p re v e n ts  M P P   trac k in g   fa il u re   u n d e r  ra p i d   irrad ia n c e   flu c tu a ti o n s   th ro u g h   th e   g l o b a l  o p ti m iza ti o n   c a p a b il it y   o f  G WO.   Th e se   fin d in g s h ig h l ig h t   th e   e ffe c ti v e n e ss   o f   th e   p r o p o se d   h y b rid   M P P T   stra teg y   i n   imp r o v i n g   t h e   ro b u stn e ss ,   e n e rg y   c o n v e rsi o n   e f ficie n c y ,   a n d   g rid   i n teg ra ti o n   c a p a b il it y   o f   PV - p o we re d   EV  c h a rg in g   sta ti o n s,  m a k in g   it   a   p ro m isi n g   so lu ti o n   fo r  n e x t - g e n e ra ti o n   su sta in a b le ch a rg i n g   i n fra stru c tu re .   K ey w o r d s :   E lectr ic  v eh icles   E V  ch ar g in g   s tatio n s   Gr ey   wo lf   o p tim izer   M PPT   Ph o to v o ltaic   s y s tem s   Su p er   twis tin g   alg o r ith m   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r 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 :   Said   Ais s o u   L ab o r ato ir e  d e  Ma itrise  d es E n er g ies R en o u v elab les ( L ME R ) ,   Facu lté  d e  T ec h n o l o g ie   Un iv er s ité  d e  B ejaia   B ejaia ,   Alg ér ie   E m ail:  s aid . aiss o u @ u n iv - b ejaia . d z       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e  g r o wth   o f   elec tr ic  v eh icle s   ( E Vs),   co u p led   with   th e  ex p an d in g   d e p lo y m e n t  o f   r e n ewa b le  en er g y   s o u r c e s ,   h as   b e c o m e   a   k e y   d r iv e r   i n   r e d u c i n g   g r e e n h o u s e   g a s   e m is s i o n s   a n d   d e p e n d e n c e   o n   f o s s i l   f u el s   [ 1 ] ,   [ 2 ] .   Ph o to v o ltaic  ( PV)   en er g y   p la y s   a  p r o m in en t  r o le  o win g   to   ab u n d an t  s o lar   en er g y   r eso u r ce s ,   th e  co n tin u o u s   d ec lin e  in   m o d u le  co s ts ,   an d   its   ea s e   o f   in teg r atio n   in to   elec tr ical  in f r astru ctu r e   [ 3 ] .   T h is   tr en d   is   r ef lecte d   in   th e  r em ar k ab le  g r o wth   o f   in s talled   PV  ca p ac ity ,   wh ich   r o s e  f r o m   ar o u n d   4 0   GW   in   2 0 1 0   to   m o r e  th a n     2 . 2 6   T W   b y   th e   en d   o f   2 0 2 4 ,   b ef o r e   ex ce ed i n g   2 . 9   T W   in   2 0 2 5   [ 4 ] .   I n   th is   c o n tex t,   in teg r atin g   PV  s y s tem s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  1 7 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   20 2 6 :   2183 - 2 1 9 6   2184   in to   E V  c h ar g i n g   s tatio n s   is   a   r elev an t   s o lu tio n   f o r   d ec ar b o n izin g   th e   tr an s p o r t  s ec to r   wh ile  lim itin g   r elian c e   o n   th e  elec tr ical  g r id .   H o wev e r ,   f u lly   ex p lo itin g   th ese  in f r astru ctu r es  d e p en d s   h ea v ily   o n   th e  ab ilit y   o f   t h e  PV  g en er ato r   t o   d eliv er   m ax im u m   p o wer   d esp ite  clim atic  v ar iatio n s .   I n d ee d ,   PV  ce lls   ex h ib it  in h e r en tly   n o n lin ea r   c h ar ac ter is tics   th at  ar e  s tr o n g ly   d ep en d en t  o n   s o lar   ir r ad ian ce   an d   tem p er a tu r e:  v ar iatio n s   in   ir r ad ian ce   m ain l y   af f ec t  th e   g en er ated   c u r r en t,   wh ile  tem p er atu r e  f l u ctu atio n s   af f ec t  t h e  o u tp u t  v o ltag e ,   ca u s in g   a  co n tin u o u s   s h if t  o f   th e  m ax im u m   p o wer   p o i n t  ( MPP)   [ 5 ] .   C o n s eq u en tly ,   m ain tain in g   o p tim a l   ef f icien cy   r e q u ir es  a  p er m an en t  ad ju s tm en t  o f   th e  o p er at in g   p o i n t  in   o r d er   to   co n tin u o u s ly   ex tr ac t   th e   m ax im u m   av ailab le  p o wer   [ 6 ] .   I n   E V   ch ar g in g   ap p licati o n s ,   wh er e   en er g y   av ailab ilit y   an d   co n v er s io n   ef f icien cy   ar e  cr itical,   th is   f u n ctio n   is   g en er ally   p er f o r m ed   b y   a   DC /D C   co n v er ter   co n tr o ll ed   b y   a  m ax im u m   p o wer   p o in t  t r ac k in g   ( MPPT)   alg o r ith m .   B y   d y n am ically   ad ju s tin g   th e   co n v er ter ' s   d u ty   cy cle,   t h e  MPPT   alg o r ith m   k ee p s   t h e  PV  s y s te m   n ea r   th e   MPP  an d   th u s   im p r o v es  o v er all   ef f icien c y   [ 7 ] .   Ov er   th e  p ast  f ew  d ec ad es,  a  lar g e  n u m b er   o f   MPPT  tech n iq u es  h av e  b ee n   p r o p o s ed .   T h ey   ca n   b e  g r o u p ed   in to   th r ee   m ain   f am ilies :  co n v en tio n al  tec h n i q u es,  ar tific ial - in tellig en ce - b a s ed   ap p r o ac h es,  an d   b io - i n s p ir ed   o p tim izatio n   alg o r ith m s ,   ea ch   o f f er in g   ad v a n tag es  b u t  also   lim itatio n s   th a t  r estrict  th eir   p er f o r m an ce   u n d er   r ap id ly   v ar y in g   ir r ad ian ce   co n d itio n s   [ 8 ] .   C o n v en tio n al  tec h n iq u es,  n o tab l y   p er tu r b   an d   o b s er v e  ( P& O )   an d   i n cr em en tal   co n d u cta n ce   ( I NC ) ,   r em ai n   w id ely   u s ed   o win g   to   th eir   s im p licity   o f   im p lem e n tatio n   [ 6 ] ,   [ 9 ] .   Ho wev e r ,   th eir   p er f o r m an ce   d eg r a d es  u n d er   d y n am ic  clim atic  c o n d itio n s   d u e   to   r elativ ely   s lo w   co n v er g en ce ,   p er s is ten t  o s cillatio n s   ar o u n d   th e  MPP,  an d   h ig h   s en s itiv ity   to   th e  ch o ice  o f   p er tu r b atio n   s tep ,   wh ich   ca n   lead   to   s ig n if ican t e n er g y   lo s s es.   Face d   with   th ese  li m itatio n s ,   r esear ch   h as  p r o g r ess iv ely   tu r n ed   to war d   in tellig en t  a p p r o ac h es  ca p ab le  o f   im p r o v in g   MPP  tr ac k in g   in   d y n am ic  en v ir o n m e n ts .   Am o n g   th ese,   f u zz y   lo g ic  co n tr o ller s   ( FLC)  h av e  attr ac ted   p ar ticu lar   in te r est  o win g   to   th eir   a b ilit y   to   h an d le   th e  n o n lin e ar ities   o f   th e  PV  g en e r ato r   with o u t  a  p r ec is e  m ath em atic al  m o d el   [ 1 0 ] .   B y   ex p l o itin g   lin g u is tic  r u les,  th ese  m eth o d s   o f f er   ap p r ec iab le  r o b u s tn ess   ag ain s t  ir r ad ia n ce   v ar iatio n s   an d   s y s tem   u n ce r t ain ties .   T h eir   p er f o r m a n ce   n e v er th eless   r em ain s   h ig h ly   d ep en d en t  o n   th e  d esig n   o f   t h e  m em b er s h ip   f u n ctio n s   an d   r u le  b ase,   wh o s e  g en er al ly   em p ir ical  tu n in g   lim its   th eir   g en er aliza tio n   ca p ab ilit y   an d   m o tiv ates  th e  u s e  o f   o p tim izatio n   tech n iq u es  to   au to m ate  co n tr o ller   p ar am eter izatio n .   Ar tific ial  n eu r al  n etwo r k s   ( ANN)   co n s titu te  an o th e r   wid ely   s tu d ie d   f am ily   [ 1 1 ] .   Du e   to   th eir   ab ilit y   to   lear n   n o n li n ea r   b eh av io r s ,   th ey   q u ick ly   esti m ate  th e  MPP  f r o m   m ea s u r ed   e lectr ical  q u an titi es,   with   g o o d   ad a p tatio n   to   wea th er   v ar iatio n s .   Nev er th eless ,   th eir   p er f o r m an ce   d e p en d s   d ir ec tly   o n   th e  q u alit y   an d   r e p r esen tativ en ess   o f   th e  t r ain in g   d ata.   Un d er   o p er atin g   co n d itio n s   n o t  en c o u n te r ed   d u r in g   tr ain i n g ,   th eir   ac cu r ac y   ca n   d ec r ea s e  s ig n if i ca n tly .   Mo r eo v er ,   t h eir   co m p u tatio n al  co s t,  tr ain in g   co n s tr ain ts ,   an d   lim ited   in ter p r etab ilit y   s till   r estrict  th eir   in teg r atio n   i n to   ce r tain   e m b ed d ed   a p p licatio n s   r eq u ir in g   r ea l - tim e  co n tr o l.   T o   o v er co m e  th ese  lim itatio n s ,   m an y   s tu d ies  h av e  tu r n ed   to   b io - in s p ir ed   o p tim izatio n   alg o r ith m s ,   s u ch   as  g en etic   alg o r ith m s   ( G A)   [ 1 1 ] ,   p ar ticle  s war m   o p tim izatio n   ( P SO)   [ 1 2 ] ,   g r e y   wo lf   o p tim izer   ( GW O)   [ 1 3 ] ,   [ 1 4 ] .   T h ese  m eth o d s   s tan d   o u t  f o r   th eir   ab ilit y   t o   ef f icien tly   s ea r ch   f o r   th e  g l o b a l  p o wer   m ax im u m ,   p ar ticu lar ly   u n d er   p ar tial  s h ad in g   co n d itio n s   wh er e  s ev er al  MPPs   ap p ea r ,   th er eb y   r e d u cin g   th e  r is k   o f   co n v er g en ce   to war d   a  lo ca l  o p tim u m .   T h is   p er f o r m an ce   im p r o v em e n t,  h o wev er ,   c o m es  with   in cr ea s ed   alg o r ith m ic  co m p lex ity ,   co m p u tatio n   tim e,   an d   n u m b er   o f   p ar am eter s   to   b e  t u n ed ,   wh ich   ca n   h in d e r   th eir   u s e   in   em b ed d ed   s y s tem s   s u b ject  to   r ea l - tim e  c o n s tr ain ts .   Mo r e   r ec en t ly ,   r o b u s t  co n tr o l  s tr ateg i es,  n o tab ly   s lid in g   m o d e  co n tr o l  ( SMC ) ,   h av e  em er g ed   as  a  p r o m is in g   alt er n ativ e  o win g   to   th eir   f ast   co n v er g e n ce   an d   r o b u s tn ess   ag ain s t  p ar am etr ic  u n ce r tain ties   an d   ex ter n al  d is tu r b an ce s .   Ho wev er ,   th eir   m ai n   d r awb ac k   lies   in   th e  c h atter in g   p h e n o m en o n ,   wh ich   ca n   ca u s e  co n tr o l  o s cillatio n s ,   in cr ea s ed   s witch in g   l o s s es,  an d   d eg r ad e d   en er g y   p e r f o r m an ce .   T o   m itig ate  th is   lim i tatio n ,   h ig h er - o r d er   s lid in g   m o d e  v ar ian ts ,   in   p ar ticu lar   th e  s u p er - twis tin g   alg o r ith m   ( STA) ,   h av e  b ee n   p r o p o s ed   t o   r ed u c e  o s cillatio n s   wh ile   p r eser v in g   co n tr o ller   r o b u s tn ess .   Desp ite  en co u r ag in g   r esu lts ,   tu n in g   th e  p a r am eter s   o f   t h ese  ap p r o ac h es  r em ai n s   co m p lex   an d   h ig h ly   d ep en d e n t o n   o p er atin g   co n d it io n s   [ 1 5 ] .   A  cr itical  an aly s is   o f   th ese  d if f er en t  f am ilies   s h o ws  th at  n o   s in g le  MPPT  s tr ateg y   alo n e  m ee ts   all  th e   r eq u ir em e n ts   o f   m o d er n   PV  s y s tem s .   T h is   co m p lem en tar ity   ex p lain s   th e  g r o win g   in ter est  in   h y b r id   ap p r o ac h es,  wh ich   aim   to   co m b in e  th e  ad v an ta g es  o f   s ev er al  tech n iq u es  to   ac h iev e  an   o p tim al  tr ad e - o f f   b etwe en   co n v e r g en ce   s p ee d ,   t r ac k in g   ac c u r ac y ,   r o b u s tn ess ,   an d   f ea s ib ilit y   o f   im p lem en t atio n   o n   em b ed d e d   p l a t f o r m s .   I n   t h i s   p e r s p e c ti v e ,   c o m b i n a t i o n s   o f   a r t i f ic i a l  i n te l l i g e n c e   a l g o r i t h m s ,   b i o - i n s p i r e d   m e t h o d s ,   a n d   r o b u s t   c o n t r o l   t e c h n i q u e s ,   s u c h   a s   P SO – P & O ,   AN F I S – PS O ,   F u z z y – GW O ,   o r   A N N – S MC ,   h a v e   d e m o n s t r a t e d   a  n o tab le  im p r o v e m en t  in   co n v e r g en ce   s p ee d   a n d   tr ac k in g   ac c u r ac y .   Nev er th eless ,   m o s t  o f   t h ese  s tr ateg ies  s till   f ac e  h ig h   alg o r ith m ic  co m p lex ity ,   a  lar g e   n u m b er   o f   p ar am et er s   to   tu n e,   s en s itiv ity   to   in itia l  co n d iti o n s ,   an d   a   co m p u tatio n al  lo a d   s o m etim es  in co m p atib le  with   r ea l - tim e  im p lem en tatio n   o n   em b ed d e d   s y s tem s   [ 1 6 ] - [ 1 9 ] .   Am o n g   th ese  h y b r id   s o lu tio n s ,   th e  c o m b in ati o n   o f   GW O  an d   STA  is   o f   p a r ticu lar   i n ter est.  T h e   r o le   o f   GW O   is   to   d eter m in e  th e  r ef er e n ce   co r r esp o n d in g   to   th e  g lo b al  M PP ,   wh ile  th e  STA  en s u r es  r o b u s t  tr ac k in g   o f   th is   r ef er en ce   b y   d r iv i n g   th e  p o wer   co n v er ter   [ 2 0 ] ,   [ 2 1 ] .  T h is   ar ch itectu r e  m ak es  it  p o s s ib le  to   s ep ar ate  th e  o p tim izatio n   an d   co n tr o l  f u n c tio n s ,   ex p lo itin g   th e  g lo b al  e x p lo r atio n   ca p ab ilit y   o f   GW O  an d   th e  d y n am ic   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i  Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       E n erg y  o p timiz a tio n   o f  a n   elec tr ic  ve h icle  ch a r g in g   s ta tio n   u s in g   a   h yb r id   S TA - GWO  …   ( S a mia   A mro u n i )   2185   p er f o r m an ce   o f   t h e  STA.   Su ch   f u n ctio n al  co m p lem e n tar ity   ad d r ess es  th e  lim itatio n s   id en tifie d   in   ex is tin g   ap p r o ac h es  an d   c o n s titu tes  a  p r o m is in g   s o lu tio n   f o r   s im u ltan eo u s ly   im p r o v in g   MPPT  ac cu r a cy ,   c o n v e r g en c e   s p ee d ,   an d   o p er atin g   s tab ilit y   u n d er   s tr o n g ly   v ar iab le  e n v ir o n m en tal  co n d itio n s .   Am o n g   th e  s o lu tio n s   lik ely   t o   m itig ate  g lo b al  war m in g   is   th e  in teg r atio n   o f   PV  s y s tem s   in to   E V   ch ar g in g   in f r astru ctu r e   [ 2 ] ,   [ 2 2 ] .   I n   t h is   p ap e r ,   we   p r esen t   a  s tu d y   o f   an   E V  ch ar g in g   in s tallatio n   lo ca ted   in   B éjaïa ,   Alg er ia,   wh o s e  ar ch itectu r e  is   s h o wn   in   Fig u r e  1 .   T h e  m ain   c o n tr ib u tio n   o f   th is   wo r k   lies   in   o p tim izin g   th e   p o we r   o f   th e  P V  p ar t.  Un d er   d y n am ic   ir r ad ia n ce   co n d itio n s ,   we  p r o p o s e  to   ex p lo r e   an   MPPT  alg o r ith m   b u ilt  ar o u n d   two   c o m p o n en ts :  en er g y   m an ag em en t  an d   p o wer   o p tim izatio n .   T h e  s tu d ied   s y s tem   in clu d es  two   elec tr ical   en er g y   s o u r ce s ,   th e  g r id   an d   th e   PV  g en er ato r .   T h e  in ter f ac e  b etwe en   th ese  two   s o u r ce s   is   m an ag ed   b y   two   r elay s   ( K pv   an d   K G ri d ) ,   an d   f o u r   s ce n ar io s   ar e  ex am in e d .   Dep en d in g   o n   th e   av ailab ilit y   o f   th e  s o lar   r eso u r ce ,   th e  PV  s o u r ce   is   g iv en   p r i o r ity ,   eith er   to   ch ar g e   th e  E V  b atter y   o r   t o   in ject  en er g y   in to   th e  g r id ;  o th er w is e,   th e  g r id   tak es  o v er   t o   e n s u r e  ch a r g in g .   T h e   p r o p o s e d   MPPT  ap p r o ac h   co m b in es  th e  STA  with   th e  G W O  o p tim izer :  th e  latter   q u ic k ly   lo ca tes  th e  o p tim al  o p er ati n g   p o in t,  wh ile  th e   STA  ac ts   a s   a  p r ec is io n   r eg u la to r   th at  m ain tain s   th is   p o in t  with   ac cu r ac y   an d   s tab ilit y .   T h e   s im u latio n   r esu lts   o b tain ed   u n d e r   MA T L AB /Si m u lin k   p r o v i d e  v alu a b le  in s i g h t  in to   th e  ef f ec tiv en ess   o f   th e  p r o p o s ed   MPPT   co n tr o l a n d   h ig h lig h t th e  s tr en g th s   o f   th is   h y b r id   a p p r o ac h   u n d er   v a r io u s   o p er atin g   c o n d iti o n s .           Fig u r e  1 .   Sch em atic  d iag r am   o f   th e  p r o p o s ed   s y s tem       2.   SYST E M   DE SCRI P T I O N  A ND  M O DE L L I NG   T h e  p r o p o s ed   ch ar g in g   s tatio n   is   b ased   o n   a  h y b r id   a r ch it ec tu r e  in teg r atin g   a  PV  s o u r c e  an d   th e  s in g le - p h ase  elec tr ical  g r id   ( 2 2 0   V,   5 0   Hz) .   T h e  o v e r all  s y s tem   ar ch itectu r e  is   s h o wn   in   Fig u r e  2 .   T h is   co n f ig u r atio n   aim s   to   m ax im i ze   th e  e x p lo itatio n   o f   s o lar   e n er g y   w h ile  en s u r in g   c o n tin u o u s   p o wer   s u p p ly   to   th e  s tatio n   b y   r ely in g   o n   th e   elec tr ical  g r id   wh en   p h o to v o ltaic  p r o d u ctio n   b ec o m es  in s u f f icien t.   T h e  PV  co n s titu tes  th e  m ain   p o wer   s o u r ce .   T o   en s u r e  o p tim al  ex p l o itatio n   o f   th is   s o u r ce ,   th e  P V  ch ain   is   eq u i p p ed   with   a  b o o s t - ty p e   DC /DC   co n v er ter ,   co n tr o lled   b y   a n   MPPT  tech n iq u e   aim ed   at  ex t r ac tin g ,   at  ev e r y   in s tan t,   th e  m ax im u m   p o wer   a v ailab le   f r o m   t h e  p h o to v o ltaic  g en er at o r .   T h e  r eg u lated   d ir ec t  cu r r en t   ( DC )   elec tr ical  en er g y   at  th e  o u tp u t  o f   th e  b o o s t  co n v e r ter   is   th en   co n v er ted   in to   alter n atin g   cu r r en t  ( AC )   en er g y   b y   a  DC /AC   in v er ter   co n tr o lled   u s in g   t h e  s in u s o id al  p u ls e  wid th   m o d u latio n   ( SP W M)   tech n iq u e   [ 2 3 ] .   T h is   co n tr o l  m eth o d   m ak es  it  p o s s ib le  to   s y n th esize  an   AC   v o ltag e  wh o s e  wav ef o r m   is   v er y   clo s e   to   a   s in e  wa v e,   t h er eb y   r ed u cin g   t h e  to tal   h ar m o n ic  d is to r tio n   ( T HD)   an d   im p r o v in g   th e  q u ality   o f   t h e  en er g y   in jecte d   in to   th e  lo a d   o r   th e  g r i d .   T h e  in v er ter   o u tp u t  is   co n n ec ted   t o   an   is o latio n   tr an s f o r m er ,   wh ic h   p r o v id es  g alv a n ic  is o latio n   b etwe en   th e  p h o to v o ltaic  ch ai n   an d   t h e  elec tr ical  g r id ,   v o ltag e - lev el  a d ap tatio n ,   an d   u s er   s af ety .   T h e  en er g y   f lo w  b etwe en   th e  d if f er en t  s o u r c es  is   m an ag ed   b y   m ea n s   o f   two   s tatic  s witch es,  d en o ted   (  )   an d   (  ) .   T h e  s witch   (  )   co n tr o ls   t h e  co n n ec tio n   o f   th e   p h o to v o ltaic  ch ain   to   th e  c h ar g in g   s tatio n .   W h en   clo s ed ,   th e   en e r g y   p r o d u ce d   b y   t h e  PV  p an e ls   is   p r ef er en tially   d ir ec te d   to war d   ch ar g in g   t h e   elec tr ic  v eh icle  wh en   a  v eh icle  is   co n n ec ted   to   th e  s tatio n .   C o n v er s ely ,   if   n o   v eh icle  is   p r esen t  an d   PV   p r o d u ctio n   is   i n   ex ce s s ,   th is   en er g y   ca n   b e  in jecte d   in to   th e  elec tr ical  g r id ,   p r o v i d ed   th at  th e  s witch   i s     clo s ed   (  ) .   W h en   p h o to v o ltaic  p r o d u ctio n   b ec o m es  i n s u f f icien t,  p ar ti cu lar ly   d u r in g   p er io d s   o f   l o w  s u n lig h t,   h ea v ily   o v er ca s t  d ay s ,   o r   at  n i g h t,  p o wer   s u p p l y   p r i o r ity   is   au to m atica lly   tr an s f er r e d   to   t h e  elec tr ical  g r id .   I n   th is   o p er atin g   m o d e,      is   o p e n   wh ile     is   clo s ed ,   allo win g   t h e   g r id   to   s u p p l y   th e   en e r g y   n e ed ed   to   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  1 7 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   20 2 6 :   2183 - 2 1 9 6   2186   en s u r e  co n tin u ity   o f   th e  E V  ch ar g in g   s er v ice.   T h is   s tr ateg y   g u ar an tees  p er m an e n t  av ailab ilit y   o f   th e  s tatio n ,   r eg ar d less   o f   f lu ctu atio n s   in   s o lar   p r o d u ctio n .   T h u s ,   th e   p r o p o s ed   ar c h itectu r e  en s u r es  ef f icien t   p o wer   f lo w  m an ag em e n t  b y   s y s tem atica lly   p r io r itizin g   th e  u s e  o f   PV  en er g y ,   wh ile  u s in g   th e   elec tr ical  g r id   as  a  b ac k u p   s o u r ce   wh en   n ec ess ar y .   T h is   ap p r o ac h   im p r o v es  s elf - co n s u m p tio n   o f   th e  e n er g y   p r o d u ce d ,   r ed u ce s   d ep en d en ce   o n   t h e  g r id ,   lo wer s   th e   o p er atin g   co s ts   o f   th e  c h ar g in g   s tatio n ,   a n d   c o n tr ib u tes  to   r ed u cin g   g r ee n h o u s e  g as  em is s io n s .   T h e  d if f er e n t  o p er atin g   p r i o r ities   o f   s witch es     an d    ,   co r r esp o n d in g   to   th e  v ar io u s   m an a g em en t  m o d es,  ar e  s u m m ar ized   in   T a b le  1 .           Fi g u r e  2 .   Ar c h itectu r e  o f   th e  s tu d ied   s y s tem       T ab le  1.   R elay   s witch in g   lo g ic   K pv   K G ri d   R e s u l t s   0   0   0   1   0   P V   t o   EV   0   1   G r i d   t o   EV   1   1   P V   t o   G r i d       2 . 1 .     P V  m o delin g   T h e  s in g le - d io d e  eq u iv alen t   m o d el,   s h o wn   in   Fig u r e  3 ,   is   o n e  o f   th e   m o s t  co m m o n ly   u s ed   ap p r o ac h es f o r   m o d elin g   p h o to v o ltaic  ce lls .   T h is   wid e  ad o p t io n   is   ex p lain ed   b y   its   r elativ e ly   s im p le  s tr u ctu r e,   wh ile  s till   o f f er in g   s u f f ici en t  ac cu r ac y   to   f aith f u lly   r e p r esen t  th e  elec tr ical  b e h av io r   o f   PV  ce lls .   B y   ap p ly in g   Kir ch h o f f ' s   cu r r e n t  law   to   t h e   eq u iv ale n t  cir c u it  p r esen ted ,   th e  ex p r ess io n   o f   th e   v a r io u s   cu r r en ts   f l o win g   in   th e  p h o t o v o ltaic  ce ll is   wr itten   as sh o wn   in   ( 1 )   [ 2 4 ] .      = ℎ − −  ℎ   ( 1 )     W h er e  ℎ   r ep r esen ts   th e   p h o to cu r r en t   g en e r ated   b y   t h e  p h o to v o ltaic  ce ll,    d e n o tes  th e   c u r r en t   f lo win g   th r o u g h   th e  d io d e,   an d    ℎ   co r r esp o n d s   to   th e   cu r r e n t  f lo wi n g   th r o u g h   th e  s h u n t  r esis tan ce   ( s h u n t ) .   B y   s u b s titu t in g   th e  cu r r e n ts     an d    ℎ   with   th eir   r esp ec tiv e  ex p r es s io n s   in   ( 1 ) ,   th e   ex p r ess io n   o f   th e  o u t p u t   cu r r en t  o f   th e  p h o to v o ltaic  ce l l is o b tain ed ,   g iv e n   b y   ( 2 ) .      = ℎ − 0 ⋅ [  ( ⋅ (  + ⋅  ) ⋅ ⋅ ⋅ ) − 1 ] −  + ⋅  ℎ   ( 2)         T h e  ch ar ac ter is tic  p ar am eter s   o f   th e  p h o to v o ltaic  p an el  a r e  s u m m ar ized   in   T ab le  2 .   T h e   ( 1 )   an d   ( 2 )   co n s titu te  th e  m ath em atica l  m o d el  o f   th e  p h o to v o ltaic  p an el,   m a k in g   it  p o s s ib le  to   r ep r o d u ce   its   elec tr ical  b eh av io r   in   th e  Simu lin k   s im u latio n   en v ir o n m e n t.  T o   ev alu ate  th e  m o d el' s   p er f o r m an ce ,   s ev er al  s im u lati o n s   wer e  ca r r ied   o u t  u n d e r   d if f er en t  s o lar   ir r ad ian ce   lev els.  Fig u r e  4   s h o ws   th e   ch ar ac ter is tics   o b tain ed   f o r   ir r ad ian ce   v alu es  r a n g in g   f r o m   2 0 0   to   1 0 0 0   W /m ²,   in   s tep s   o f   2 0 0   W /m ².   T h e   MPP a r e  m ar k ed   with   r e d   aster is k s   ( * ) .  T ab le  2 p r esen ts   th e  p h o to v o ltaic  p an el  p ar am eter s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i  Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       E n erg y  o p timiz a tio n   o f  a n   elec tr ic  ve h icle  ch a r g in g   s ta tio n   u s in g   a   h yb r id   S TA - GWO  …   ( S a mia   A mro u n i )   2187       Fig u r e   3.   E q u iv alen t c ir c u it o f   s o lar   ce ll       T ab le  2 .   P h o t o v o ltaic  p a n el  p a r am eter s   S y mb o l   P a r a me t e r s   V a l u e s   P pv   P h o t o v o l t a i c   p o w e r   8 0   W p   I m ppt   M a x i m u m   c u r r e n t   a t   M P P   4 . 6 5   A   V m ppt   M a x i m u m   v o l t a g e   a t   M P P   1 7 . 5   V   I sc   S h o r t   c i r c u i t   c u r r e n t   4 . 9 5   A   V oc   O p e n   c i r c u i t   v o l t a g e   2 1 . 9   V   α sc   Te mp e r a t u r e   c o e f f i c i e n t   a t   s h o r t - c u r r e n t   3   mA / ° C   ᵝ oc   V o l t a g e   t e m p e r a t u r e   c o e f f i c i e n t   o f   s h o r t - c u r r e n t   1 5 0   mV / ° C             Fig u r e  4 .   Ph o to v o ltaic  STP8 0   I V  an d   PV  c u r v es       2 . 2 .     DC - DC  c o nv er t er   DC – DC   co n v er ter s   m a k e  it   p o s s ib le  to   r e g u late  DC   q u an titi es  b y   ac tin g   o n   th e  d u ty   cy cle  o f   th e  s em ico n d u cto r   s witch .   I n   p h o t o v o ltaic  s y s tem s ,   th ey   ac t  as  an   ad ap tatio n   i n ter f ac e  b etwe en   th e  PV  g en er ato r   an d   th e  lo ad ,   ad ju s tin g   v o ltag e  an d   cu r r e n t  to   en s u r e  o p er atio n   at  th e  MPP  wh i le  av o id in g   s h o r t - cir c u it   co n d itio n s .   Fig u r e  5   s h o ws  th e  s tr u ctu r e  o f   a  B o o s t  co n v er ter ,   co m m o n l y   u s ed   in   p h o to v o ltaic  in s tallatio n s .   W h en   th e  p o wer   s witch   ( I GB T   o r   MO SF E T )   is   co n d u ctin g ,   th e  en er g y   s u p p lied   b y   t h e  p h o to v o ltaic  g e n er ato r   is   s to r ed   in   th e   i n d u ct o r ,   wh ile  th e  d io d e   is   b lo c k ed .   W h en   th e  s witch   o p e n s ,   th e   en e r g y   ac cu m u lated   in   th e   in d u cto r   a d d s   to   th at  d eliv er e d   b y   th e  s o u r ce   t o   s u p p ly   t h e  lo ad .   T h e  r elatio n s h i p s   lin k in g   t h e  in p u t a n d   o u t p u t  v o ltag es a n d   c u r r en ts   o f   th e  co n v er ter   ar e   g iv en   b y   ( 3 )   [ 2 3 ] .      =  ( 1 − D )  = ( 1 − )   ( 3 )     T h e   d y n am ic   eq u atio n s   of   th is   co n v er te r   ar e   ( 4 ) - ( 6 ) .     (  =    − 0 +   0   0  =   ( − 0  + )   0   )   ( 4 )     ̇ = ( ) + ( )   ( 5 )     ( ) = [  − 0 − 0  + ]                ( ) = [ 0 −   0 ]   ( 6 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  1 7 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   20 2 6 :   2183 - 2 1 9 6   2188       Fig u r e  5 .   DC - DC   b o o s t c o n v e r ter   p o wer   ci r cu it       2 . 3 .       M a x i m um   po wer   po int   t ra ck er   a lg o ri t hm   2 . 3 . 1 .   ST A  f o r  M P P T   T h e  STA  is   a  r o b u s t  co n tr o l  tech n iq u e  b elo n g in g   to   th e   f am ily   o f   h ig h er - o r d er   s lid in g   m o d e   co n tr o ller s .   I t  was  d ev elo p ed   to   r etain   th e  m ain   a d v an ta g es  o f   class ical  s l id in g   m o d e  co n tr o l,  n am ely   its   r o b u s tn ess   an d   tr ac k in g   ac cu r ac y ,   wh ile  r ed u cin g   th e  p h en o m en o n   k n o wn   as  ch atter in g .   I n   PV  s y s tem s ,   th e  STA  is   u s ed   to   ad ju s t  th e  d u ty   cy cle  o f   th e  DC – DC   co n v e r ter   in   o r d er   to   k ee p   t h e  g e n er ato r   n ea r   th e  MPP,  ev en   u n d er   r a p id   v ar iatio n s   i n   ir r ad ian ce   a n d   tem p e r atu r e.   I ts   im p lem en tatio n   r elies  o n   two   ess en tial  s tep s :   d ef in in g   a  s lid in g   s u r f ac e  th a t  g u ar an tees  r ap id   co n v er g e n c e  to war d   th e  MPP,  an d   th en   d esig n in g   th e  STA  co n tr o l  law  th at  k ee p s   th e  s y s t em   s tates  o n   th is   s u r f ac e.   Owin g   to   its   f ast  co n v er g e n ce   an d   r o b u s tn ess   ag ain s t  d is tu r b an ce s ,   th e  STA  is   a  s o lu tio n   p a r ticu lar ly   well  s u ited   to   ad v an ce d   MPPT  s tr ateg ies  [ 1 5 ] ,   [ 2 5 ] .     I n   th is   s tu d y ,   th e  s lid in g   s u r f a ce   ch o s en   f o r   th e  STA  co n tr o l  is   d ef in ed   f r o m   th e  MPPT  o p tim ality   cr iter io n .   At  th e  m ax im u m   p o wer   p o in t ,   th e  d er iv ativ e  o f   th e  p h o to v o ltaic  p o wer   with   r esp ec t  t o   v o ltag e  is   ze r o .   T h is   cr iter io n   is   th en   u s ed   to   d e f in e   a  s lid in g   s u r f ac e  g u a r an teein g   th e  s y s tem ' s   co n v er g en ce   to war d   th e  MPP.  T h e  s lid in g   co n d itio n s   ar e   g iv en   b y   ( 7 ) .     ˙ ( , ) = 0         ( , ) =       =  (       +   ) = 0   ( 7 )     On ce   th e  s lid in g   s u r f ac e  h as  b ee n   d e f in ed ,   th e  n ex t  s tep   c o n s is ts   o f   d esig n in g   th e  c o n tr o l  law  th at   d r iv es th e  s y s tem   to war d   th is   s u r f ac e  an d   k ee p s   it th er e  d esp ite  m o d el  u n ce r tain ties   an d   ex t er n al  d is tu r b an ce s .   I n   th is   s tu d y ,   th e  d u ty   cy cle    o f   th e  b o o s t  co n v er ter   is   th e  co n tr o l  v ar iab le.   T o   th is   en d ,   s u p er - twis tin g   co n tr o l   is   ad o p ted .   I t  r elies  o n   two   co m p lem en tar y   co m p o n en ts :  a n   eq u iv alen t   co n tr o l,  wh ich   k ee p s   th e   s y s tem   o n   th e   s lid in g   s u r f ac e ,   an d   a  d is co n tin u o u s   co n tr o l,   wh ich   g u ar a n tees  f ast  co n v e r g en ce   t o war d   th is   s u r f ac e  as  well  as  ef f ec tiv e   d is tu r b an ce   r ejec t io n .   T h is   c o m b in atio n   i m p r o v es  th e  s y s te m ' s   r o b u s tn ess   an d   en s u r es a cc u r ate  tr ac k in g   o f   th e  m ax im u m   p o wer   p o in t.  T h e  STA  co n tr o l la w  is   th en   wr itte n   as   ( 8 ) .     {         =  +       = 1 + 2    = − [   ] ( ) [   ] ( ) = 1 −  0   ( 8 )     W h er e       r ep r esen ts   th e  eq u iv alen t  co n tr o l  en s u r in g   th e  tr ajec to r y   is   m ain tain ed   o n   th e  s lid in g   s u r f ac e,   wh ile       co r r esp o n d s   to   th e  s u p er - twis tin g   ter m   en s u r in g   f in i te - tim e  co n v er g e n ce   o f   th e  tr ajec to r y   to war d   th is   s u r f ac e  wh ile  r ed u cin g   th e   ch atter in g   p h en o m en o n .   T h e  eq u atio n s   f o r     1   an d     2   ar e   g iv en   b y   ( 9 )   a n d   ( 1 0 ) .         {   1 = − λ | | 1 2  ( ) 2  = − γ  ( )   ( 9 )       a n d     a r e   ga in s   s uc h   tha t ∶   >        > √ 2 2 . ( +   ) 2 −     ( 1 0 )     T h e  f in ite - tim e  c o n v e r g en ce   o f   th e   s lid in g   s u r f ac e   to   z er o   is   estab lis h ed   th r o u g h   a   L y ap u n o v   s tab ilit y   an aly s is .   T o   th is   en d ,   a  p o s itiv e  d ef in ite  ca n d i d ate  f u n ctio n   i s   in tr o d u ce d   in   th e  f o r m :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i  Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       E n erg y  o p timiz a tio n   o f  a n   elec tr ic  ve h icle  ch a r g in g   s ta tio n   u s in g   a   h yb r id   S TA - GWO  …   ( S a mia   A mro u n i )   2189   ( ) = 1 2 2 ( )   ( 1 1 )     I n   s lid in g   m o d e  c o n tr o l,  t h e  d y n am ics  o f   th e  s lid in g   s u r f a ce   ar e  d eter m in ed   b y   its   d ep e n d en ce   o n   th e  s tate   v ar iab les,  ex p r ess ed   b y   ( 1 2 ) .     ˙ = [   ] ˙ = [   ] ( −  ( 1 − ) +   )   ( 1 2 )     T h e  f ir s t te r m   will b e  d e v elo p ed   as  ( 1 3 ) .     [   ] = 1  +        −       2   ( 1 3 )     Su ch   th at:       =   − ( e xp ( ₛ  ₜ ) ) ·   ₛ  ₜ ·   <   0   ( 1 4 )     V PV  is   d ef in ed   as in   ( 15 ).      =     ln ( ℎ +   −    )   ( 1 5 )     T h e  d er iv ativ e   o f   ( 15 )   ca n   b e   wr itten   as   ( 1 6 ) .     ∂   =   −   (    ( ℎ +   −    ) )       <   0   ( 1 6 )     T h e  s ec o n d   ter m   is   as ( 1 7 )   a n d   ( 1 8 ) .     ̇ =   −   ( 0   ) (   1   −     ) +   (    ) =   −   (   ) (   1   −    −    ) +   (    )   ( 1 7 )     =   (   −     |   | 1 2    (     ) −   ∫    (     )   ( 1 8 )     Acc o r d in g   t o   ( 18 ) ,   we  h av e   ( 1 9 ) .     ̇   =     [      ]     (   −     | | 1 2    ( ) −   ∫    ( ) )   ( 1 9 )     C o n s eq u en tly ,   it  ca n   b e  co n clu d ed   th at  L y a p u n o v   s tab ilit y   is   en s u r ed ,   s in ce     an d   its   d er iv ativ e  ̇   s y s tem atica lly   h av e  o p p o s ite  s ig n s .   T h e  STA  g ai n s   an d   wer e   s elec ted   b ased   o n   th e  tu n in g   p r o ce d u r e  r e p o r ted   in   [ 2 0 ] .   Acc o r d in g l y ,   = 0 . 051631   an d   = 0 . 006629   wer e  ad o p te d   in   t h e  p r esen t  s tu d y   an d   k ep t   f ix ed   th r o u g h o u t t h e  s im u latio n s .     2 . 3 . 2 .   G WO - ba s ed  o ptim a l d uty - cy cle  s ea rc h   T h e  GW O  is   a  b io - in s p ir ed   m etah eu r is tic  tech n iq u e  b ased   o n   th e  s o cial  b eh av io r   an d   h ier ar ch ical  h u n tin g   s tr ateg y   o f   g r e y   wo lv es  in   a  p ac k   [ 1 3 ] .   T h is   a p p r o ac h   d is tr ib u tes  s o lu tio n   ag en ts   ac r o s s   f o u r   h ier ar ch ical  lev els:   α ,  β ,  δ ,   an d   ω ,   c o r r esp o n d in g   r esp ec tiv e ly   to   th e   b est  s o lu tio n ,   th e  s ec o n d - b est,  th e  th ir d - b est,  an d   th e  r em ain i n g   s et  o f   s o lu tio n s .   T h e  α   ag e n t  g u id es   th e  o p tim izatio n   p r o ce s s   b y   d ir ec tin g   th e  s ea r ch   to war d   th e  m o s t  p r o m is in g   s o lu tio n ,   wh ile  th e  β  a n d   δ  ag e n t s   r ef in e  th is   tr ajec to r y .   T h e  ω   ag en ts   ex p lo r e   less   f av o r a b le  r eg io n s   o f   th e  s ea r c h   s p ac e,   th er eb y   h elp in g   to   m ain tain   p o p u latio n   d iv er s ity   a n d   lim it  th e  r is k   o f   p r em atu r e  c o n v e r g en ce   t o war d   a  lo ca l o p tim u m .   I n s p ir ed   b y   th is   h u n tin g   b eh a v io r ,   t h e  GW O  o p tim izatio n   p r o ce s s   r elies  o n   t h r ee   s u cc ess iv e  p h ases :  tar g et  lo ca tio n ,   en cir clin g ,   a n d   th e  f in al  attac k .   I n   th e  c o n tex t  o f   MPPT,   ea ch   GW O  ag en t  r e p r esen ts   a   ca n d id ate  v alu e   o f   t h e  b o o s t  co n v er ter ' s   d u ty   cy cle.   T h e  a g e n ts   co o p er ate  to   s ea r ch   f o r   th e  d u ty   c y cle  v alu e   th at  ex tr ac ts   th e  m ax im u m   p o wer   f r o m   t h e  p h o t o v o ltaic  g en er ato r .   As  th e  iter atio n s   p r o g r ess ,   th e  ag en ts '   p o s itio n s   ar e  ad ju s ted ,   g r a d u a lly   lead in g   t o   co n v er g e n ce   to war d   th e  o p tim al  d u ty   cy cle   c o r r esp o n d in g   to   th e   m ax im u m   p o wer   p o in t.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  1 7 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   20 2 6 :   2183 - 2 1 9 6   2190   T h e  en cir clin g   b eh av i o r   ch a r ac ter is tic  o f   p ac k   h u n tin g   is   th en   tr an s lated   m ath em atica lly   in to   a  s y s tem   o f   eq u atio n s ,   m ak in g   it  p o s s ib le  to   m o d el  th e  ad ap ti v e  p o s itio n in g   o f   th e  s o lu tio n   ag en ts   ar o u n d   th e   s o u g h t o p tim u m ,   as d etailed   i n   ( 2 0 ) - ( 2 3 ) .     ⃗ ⃗   =   |     ⋅ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗   −       ( ) |   ( 2 0 )       (   +   1 ) =   ⃗ ⃗ ⃗ ⃗   ( ) −   ⃗ ⃗   ⋅     ( 2 1 )     D:  th e  d is tan ce   b etwe en   wo lf   ω   an d   th e  p r ey ; t:  c u r r en t iter a tio n ;  ⃗ ⃗ ⃗ ⃗     :  p o s itio n   o f   th e  p r ey ; a n d       : p o s itio n   o f   th e  wo lf .   T h e   v ec to r s       a n d       ar e  d ef i n ed   as  ( 2 2 )   an d   ( 2 3 ) .       =   2     ⋅ 1 ⃗ ⃗ ⃗   −         ( 2 2 )       =   2   2 ⃗ ⃗ ⃗     ( 2 3 )     A   co ef f icien t  d ec r ea s in g   lin ea r ly   f r o m   2   to   0   o v er   th e  iter at io n s   en s u r in g   th e  p r o g r ess iv e  tr an s itio n   b etwe en   ex p lo r atio n   an d   e x p lo itatio n .    1        2 :        ∈ [ 0 , 1 ] ,   in tr o d u cin g   a  r an d o m   c o m p o n e n t  th at   d iv er s if ies   ex p lo r atio n   an d   t h u s   av o id s   tr ap p in g   in   a   lo ca l   o p t im u m .   S in ce   th e  ex ac t  p o s itio n   o f   t h e  MPPT  is   n o t  k n o wn   a   p r io r i,  th e  GW O  r elies  o n   th e  th r ee   b est  ca n d id ate  s o lu tio n s   α ,   β,  a n d   δ  to   p r o v id e   an   esti m ate.   I n   th e   co n tex t  o f   MPPT,   th ese  th r ee   l ea d er s   co r r es p o n d   to   th e  d u ty   cy cle  v alu es  ass o ciate d   with   th e   h ig h est  p h o to v o ltaic  p o wer   v alu es.   T h e   r e m ain in g   a g en ts   th en   u p d ate  th eir   p o s itio n   b ased   o n   th ese  th r ee   lead er s ,   ac co r d in g   to   ( 2 4 ) .     ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗   =   |   1 ⃗ ⃗ ⃗ ⃗     ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗   −     | , ⃗ ⃗ ⃗ ⃗   =   |     2 ⃗ ⃗ ⃗ ⃗     ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗   −     | , ⃗ ⃗ ⃗ ⃗   =   |     3 ⃗ ⃗ ⃗ ⃗     ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗   −     |   ( 2 4 )     E ac h   ca n d id ate  d u ty   cy cle   v a lu e  is   u p d ated   b ased   o n   th e   th r ee   lead e r s   α ,  β ,   a n d   δ ,   wh i ch   jo in tly   g u id e  t h e   s ea r ch   to war d   th e  d u ty   c y cle  c o r r esp o n d in g   t o   th e  MPPT,   ac co r d in g   to   th e  f o llo win g   s y s te m   o f   eq u atio n s :     { 1 ⃗ ⃗ ⃗ ⃗   = α ⃗ ⃗ ⃗ ⃗   − 1 ⃗ ⃗ ⃗ ⃗   ( α ⃗ ⃗ ⃗ ⃗   ) 2 ⃗ ⃗ ⃗ ⃗   = β ⃗ ⃗ ⃗ ⃗   − 2 ⃗ ⃗ ⃗ ⃗   ( β ⃗ ⃗ ⃗ ⃗   ) 3 ⃗ ⃗ ⃗ ⃗   = δ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗   − 3 ⃗ ⃗ ⃗ ⃗   ( δ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗   )   ( 25)     At  ea ch   iter atio n ,   th e  p o s itio n   o f   ea ch   ca n d id ate  s o lu tio n   is   u p d ated   f r o m   th e  weig h ted   a v er ag e  o f   th e  th r ee   p o s itio n s   esti m ated   b y   th e  lea d er s   α ,  β ,   an d   δ .       ( + 1 ) = 1 3 ( 1 ⃗ ⃗ ⃗ ⃗   + 2 ⃗ ⃗ ⃗ ⃗   + 3 ⃗ ⃗ ⃗ ⃗   )   ( 2 6)     T h e  GW O  p r o ce d u r e  f o r   f in d i n g   th e   m a x im u m   p o we r   p o in t   is   s u m m ar ized   in   Fig u r e   6 ,   w h ich   illu s tr ates  th e   m ain   s tep s   o f   co m p u tin g   a n d   u p d atin g   th e  d u ty   cy cle.           Fig u r e  6 .   E n cir clin g   m ec h an is m   o f   th e  GW O  alg o r ith m   b ase d   o n   th e  p o s itio n s   o f   lead er s   α ,   β,  an d   δ  [ 1 3 ]   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i  Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       E n erg y  o p timiz a tio n   o f  a n   elec tr ic  ve h icle  ch a r g in g   s ta tio n   u s in g   a   h yb r id   S TA - GWO  …   ( S a mia   A mro u n i )   2191   3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   T o   ev alu ate  th e  p er f o r m an ce   o f   th e  h y b r id   STA - GW O  s t r ateg y   in   tr ac k in g   th e  m ax im u m   p o wer   p o in t,  t h e  p h o to v o ltaic  s y s te m   is   s u b jecte d   to   a   v a r iab le  i r r ad ian ce   p r o f ile,   s h o w n   in   Fig u r e   7 .   T h is   p r o f ile   was  d esig n ed   to   r ep r o d u ce   atm o s p h er ic  co n d itio n s   r ep r e s en tativ e  o f   r ea l  o p er atio n ,   co m b in in g   co n s tan t  ir r ad ian ce   s tep s ,   ab r u p t tr an s it io n s ,   an d   p r o g r ess iv e  r am p s ,   s o   as to   jo in tly   s tr ess   th e  s tea dy - s tate  an d   d y n am ic   r eg im es  o f   th e   s y s tem .   T h e   co n s tan t  ir r ad ian ce   s tep s   ( 1 0 0 0 ,   8 5 0 ,   8 0 0 ,   7 0 0 ,   6 0 0 ,   5 0 0 ,   an d   4 0 0   W /m ²)   ar e   u s ed   to   ch ar ac ter ize  th e  b eh av io r   o f   th e  STA  co n tr o ller   in   s tea d y   s tate.   T h e  an aly s is   r elie s   o n   two   q u an titativ e   in d icato r s ,   n am ely   th e  s tab ilit y   o f   th e  ex tr ac te d   p o wer   a r o u n d   th e  m ax im u m   p o wer   p o in t a n d   th e  am p litu d e  o f   th e  r esid u al  o s cillatio n s ,   wh ich   r esp ec tiv ely   r ef lect  th e  tr ac k in g   ac cu r ac y   an d   th e  r o b u s tn ess   o f   th e  co n tr o l  in   s tead y - s tate  o p er atio n .   T h e   ab r u p t  ir r ad ian ce   v ar iatio n s   o b s e r v ed   at   t  =  1 . 2   s ,   2 . 5   s ,   4 . 6   s ,   7   s ,   1 2 . 9   s ,   1 6   s ,   an d   1 8 . 5   s   co n s titu te  p er tu r b atio n   test s   d esig n ed   t o   ev al u ate  t h e  d y n am ic   r o b u s tn ess   o f   t h e  GW O  alg o r ith m .     E ac h   o f   th ese  s tep s   in s tan tan eo u s ly   s h if ts   th e  p o s itio n   o f   th e   MPP,  r eq u ir in g   th e  co n tr o l ler   to   r ap id l y   r elo ca t e   th e  g lo b al   o p tim u m .   T h e  p er f o r m an ce   an aly s is   r elies  o n   f o u r   q u an titativ e  in d icato r s :  th e   co n v e r g en ce   tim e,   r ef lectin g   th e  s p ee d   o f   r elo ca t io n ;  th e  tr an s ien t  p o wer   lo s s ,   co r r esp o n d in g   to   th e  en e r g y   n o t  ex tr ac ted   d u r in g   th e  s ea r ch   p h a s e;  t h e  p o s s ib le  o v er s h o o t,   in d icativ e  o f   o s cillato r y   b eh av i o r   a r o u n d   th e   n e w  eq u ilib r iu m   p o in t;  an d   th e   lo ca lizatio n   ac c u r ac y ,   m ea s u r ed   b y   th e  r esid u al  d ev iatio n   b etwe en   th e  s tab iliz ed   p o wer   an d   th e   th eo r etica l  m ax im u m   p o wer   av ailab le  at  th e  n ew  ir r ad ian c e.   I n   ad d itio n ,   two   in cr ea s in g   ir r ad ian ce   r am p s   ar e   in tr o d u ce d ,   b etwe en   2 . 5   s   an d   4 . 6   s   ( f r o m   4 0 0   to   7 0 0   W /m ²)   an d   b etwe en   9   s   an d   1 2 . 9   s   ( f r o m   6 0 0   to   1 0 0 0   W /m ²) ,   r esp ec tiv ely .   T h ese  p r o g r ess iv e  v ar iatio n s   ar e  in te n d ed   to   ev alu ate  th e  p er f o r m an ce   o f   th e  h y b r id   STA - GW O  s tr ateg y   in   a  co n t ex t  wh er e  th e  m a x im u m   p o w er   p o in t  e v o lv es  co n tin u o u s ly   r ath er   th a n   th r o u g h   d is cr ete  ju m p s .   T h ey   th u s   m a k e  it  p o s s ib le  to   v e r if y   th e   ab i lity   o f   th e  STA  co n tr o l  to   en s u r e  co n ti n u o u s   MPP  tr ac k in g ,   wh ile  th e  GW O  alg o r ith m   co n tin u o u s ly   ad a p ts   its   s ea r ch   f o r   th e  n ew  o p tim al  p o s itio n ,   illu s tr atin g   th e  f u n ctio n al  s y n e r g y   b etwe en   th e  two   co m p o n en ts   o f   t h e  p r o p o s ed   ap p r o ac h .   I n   th i s   s tu d y ,   th e  GW O   alg o r ith m   is   co n f ig u r ed   with   a  p o p u latio n   o f   1 5   wo lv es  ( s ea r ch   ag en ts )   an d   a  m ax i m u m   o f   4 0   iter atio n s .     T h is   co n f ig u r atio n   r ep r esen ts   a  tr ad e - o f f   b etwe en   co n v er g en ce   s p ee d ,   ac cu r ac y   in   lo ca tin g   th e  m ax im u m   p o wer   p o i n t,  an d   c o m p u tatio n al  lo ad ,   th e  latter   h a v in g   to   r em ain   co m p ati b le  with   th e  co n s tr ain ts   o f   a  r ea l - tim e  im p lem en tatio n .   T h is   test   s c en ar io   th u s   m a k es  it  p o s s ib le  to   jo in tly   ch ar ac ter ize   th e  s tatic  p er f o r m an ce   o f   th e  STA  co n tr o l,  r elate d   to   MPP  m ain ten an ce   in   s tead y   s tate,   an d   th e  d y n am ic  p er f o r m an ce   o f   th e  GW O  alg o r ith m ,   r elate d   to   th e  s ea r c h   f o r   an d   r a p id   lo ca lizatio n   o f   th e  n ew   MPP  f o llo win g   a   p er tu r b atio n   o r   d u r i n g   a  co n tin u o u s   ir r ad ian ce   v ar ia tio n .   T h is   f u n ctio n al  s y n er g y   h ig h lig h ts   th e  v alu e  o f   th e  h y b r id   STA - GW O  ap p r o ac h ,   wh ich   c o n tr ib u tes  to   im p r o v in g   t h e  r o b u s tn ess ,   co n v er g en ce   s p ee d ,   an d   o v e r all  ef f icien cy   o f   th e   p h o to v o ltaic  s y s tem   u n d er   v ar iab le  ir r ad ian ce   c o n d itio n s .           Fig u r e  7 .   Dy n am ic  ir r a d ian ce   p r o f ile       T h e  d y n am ic   r esp o n s e  o f   th e   PV  s y s tem   is   illu s tr ated   in   Fig u r es  8 - 10 ,   r ep r esen tin g   th e  cu r r e n t,   v o ltag e,   an d   o u tp u t  p o wer ,   r esp ec tiv ely ,   u n d e r   th e  d y n a m ic  ir r ad ian ce   p r o f ile.   T h e  o b tain ed   wav ef o r m s   r ev ea l  r ap i d   s tab ilizatio n   ar o u n d   t h e  m ax im u m   p o wer   p o in t,  ac co m p a n ied   b y   s tab le  a n d   r o b u s t  tr ac k in g   th r o u g h o u t  t h e  im p o s ed   ir r ad ian ce   v ar iatio n s .   T h ese  r esu lt s   h ig h lig h t  th e  p e r f o r m an ce   o f   th e  h y b r id   STA - GW O  MP PT   s tr ateg y ,   ch ar ac ter ized   b y   f ast  co n v er g en ce ,   n eg lig ib le  o s cillatio n s   in   s tea d y   s tate,   an d   h ig h   en er g y   c o n v e r s io n   ef f icien c y   o v er   th e  e n tire   ir r a d ian ce   r a n g e  s tu d ied .   T h is   tr ac k in g   ac c u r ac y   is   o f   d i r ec t  r elev an ce   to   th e   o p e r atio n   o f   th e   s tu d ied   elec tr ic  v e h icle   ch ar g in g   s tatio n :  b y   m in im izin g   tr an s ien t  lo s s es  an d   m ax im izin g   th e  ef f ec tiv ely   ex tr ac ted   p h o t o v o ltaic  p o wer ,   th e   STA - GW O  s tr ateg y   in cr ea s es  th e  s h ar e  o f   s o lar   en er g y   d i r ec tly   av ailab le  f o r   ch a r g in g   th e  v eh icle  ( “PV  to   E V”  m o d e) ,   th er e b y   r e d u cin g   r el ian ce   o n   g r id   e n er g y   ( “Gr i d   to   E V”  m o d e)   ac c o r d in g   to   th e  s witch in g   lo g ic  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  1 7 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   20 2 6 :   2183 - 2 1 9 6   2192   p r esen ted   in   T ab le  1 .   T h is   ef f i cien cy   g ai n ,   alth o u g h   lim ited   t o   a  f ew  watts  p er   tr a n s itio n ,   tr an s lates  o n   a  d aily   s ca le  in to   a  s ig n if ican t  im p r o v em en t  in   th e  p h o to v o ltaic  s elf - co n s u m p tio n   r ate  an d   a  co r r e s p o n d in g   r ed u ctio n   in   th e  s tatio n ' s   o p er atin g   co s ts .   T h e  zo o m ed   v iews  in   Fig u r e  1 0   h ig h lig h t  th e   tr an s ien t  b eh av io r   o f   th e  PV  p o wer   d u r in g   s u cc ess iv e  ir r ad ian ce   ch a n g es.  E ac h   tr an s itio n   ca u s es  a  b r ief   d ec r e ase  in   p o wer ,   r esu ltin g   f r o m   th e   MPP  s h if t,  wh o s e  r elo ca tio n   b y   th e  STA - GW O  alg o r ith m   r eq u ir es  o n l y   a  v er y   s h o r t  tim e.   T h is   d r o p   n e v er th eless   r em ain s   lim ited   to   a  f ew  watt s   ac r o s s   all  ca s e s   s tu d ied ,   b ef o r e  th e  p o wer   p r o g r ess iv ely   r etu r n s   to   th e  n ew  o p tim al   v alu e  co r r esp o n d i n g   to   t h e  n e w  ir r ad ian ce   lev el.   T h is   f ast  r esp o n s e  r esu lts   in   a  co n v er g en ce   tim e  o n   th e  o r d er   o f   2   to   3   m s ,   s ig n if ican tl y   r ed u ci n g   en er g y   lo s s es  d u r in g   tr an s ien t  p h ases   an d   en s u r in g   e f f icie n t  o p er atio n   o f   th e  p h o to v o lt aic  s y s tem .   On ce   s tead y   s tate  is   r ea ch ed ,   th e  p o wer   s tab ilizes  with   r esid u al   o s cillatio n s   b elo w  0 . 1 %   o f   th e  n o m in al  v alu e ,   illu s tr atin g   th e  ab ilit y   o f   th e  s u p er - twis tin g   co n tr o ller   to   lim it  th e  ch atter in g   p h e n o m en o n   ty p ically   o b s er v ed   with   co n v en tio n al  s lid in g - m o d e  co n tr o ls .   T h is   b eh av io r   is   r ep r o d u cib le  ac r o s s   all  te s ted   ir r ad ian ce   lev els  ( 8 0 0 ,   7 0 0 ,   6 0 0 ,   5 0 0 ,   a n d   4 0 0   W /m ²) :  r eg ar d less   o f   th e  v ar iatio n   am p litu d e,   th e  STA - GW O  alg o r ith m   r a p id ly   co n v er g es  to war d   th e  n e w     m ax im u m   p o wer   p o in t,   w ith o u t  s ig n if ican t  o v er s h o o t   an d   with   ex ce llen t  s te a d y - s tate  s tab ilit y .     T h ese  q u alitativ e  o b s er v atio n s   ar e  co n f ir m ed   b y   th e  q u a n titativ e  r esu lts   p r esen ted   in   T ab le  3 ,   co m p a r in g     th e  th eo r etica l  m ax im u m   p o wer   with   th e   p o wer   ex tr ac te d   b y   th e   STA - GW O  co n tr o l   f o r   ea ch   ir r a d ian ce     lev el  s tu d ied .             Fig u r e   8.   PV  c u r r en t r esp o n s e  u n d er   d y n a m ic   ir r ad ian ce     Fig u r e  9 .   PV  v o ltag e  r esp o n s e  u n d er   d y n am ic  ir r ad ian ce           Fig u r e   1 0.   PV p o wer   r esp o n s e  u n d er   d y n am ic  ir r ad ia n ce       T h e  co r r esp o n d i n g   ca lcu latio n s   ar e  d ef in ed   as  (2 7 ) - (2 9 ).         ( W )   = ( m ax − G W O )   (2 7 )     E r r o r   ( % )   = ( | m ax − GWO | m ax × 100 )   (2 8 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.