Advanced Variable Step Size Incremental Conductance–Integral Backstepping Control (AVIC-IBC) — тармакка туташкан фотоэлектрдик системада максималдуу кубат чекитин көзөмөлдөө үчүн AVIC алгоритми түзгөн эталондук PV чыңалуусун Integral Backstepping Control аркылуу DC-DC көтөрүүчү өзгөрткүчтүн башкаруу мыйзамына айландырган гибриддик максималдуу кубат чекитин көзөмөлдөө (Maximum Power Point Tracking, MPPT) ыкмасы. Изилдөөдө ыкма номиналдык кубаттуулугу 123 kW болгон эки баскычтуу тармакка туташкан фотоэлектрдик система (Grid-Tied Photovoltaic System, GTPVS) үстүндө каралган. Биринчи баскыч — DC-DC step-up/boost өзгөрткүч, экинчи баскыч — үч фазалуу тармакка туташкан инвертор.

AVIC бөлүгү PV кубат-чыңалуу мүнөздөмөсүнүн учурдагы жантайышын колдонуп, эталондук чыңалуу кадамынын чоңдугун иштөө чекитинин максималдуу кубат чекитинен алыстыгына жараша өзгөртөт. Иштөө чекити максималдуу кубат чекитинен алыс болгондо чоңураак кадам колдонулуп жакындашуу ылдамдатылат; максималдуу кубат чекитине жакындаганда кадам кичирейтилүү менен туруктуу режимдеги термелүүлөрдү азайтуу көздөлөт. IBC бөлүгү болсо PV чыңалуусу AVIC түзгөн эталондук чыңалууну ээрчишин камсыз кылуу үчүн ката өзгөрмөлөрүнө, интегралдык мүчөгө жана Lyapunov негизиндеги туруктуулук шарттарына таянып boost өзгөрткүчтүн башкаруу өзгөрмөсү \(\alpha\)-ны чыгарат.

Ыкма MATLAB/Simulink 2020b чөйрөсүндө классикалык Incremental Conductance (INC), Perturb and Observe (P&O) жана Backstepping Control (BC) ыкмалары менен салыштырылган. Төрт негизги сыноо тобу: тез нурлануу өзгөрүүлөрү, Марокконун El Jadida шаарында чыныгы сенсор менен өлчөнгөн күнүмдүк нурлануу профили, өзгөрүлмө нурлануу жана температура менен коштолгон 250 ms тармактык бузулуу, ошондой эле үч аймактуу жарым-жартылай көлөкөлөнүү шарттары. Булак сунушталган AVIC-IBC үчүн орточо MPPT көзөмөлдөө натыйжалуулугун %99,57, мүнөздүү көзөмөлдөө убактысын болжол менен 0,02 s жана орточо кубат жоготуусун болжол менен %1,88 деп билдирет. Чыныгы нурлануу профилинде инвертор тогунун жалпы гармоникалык бурмаланышы (Total Harmonic Distortion, THD) %0,69 деп берилген.

Башкаргыч ошондой эле eZdsp TMS320F28335 платформасында Processor-in-the-Loop (PIL) ыкмасы менен иштетилген. Процессор 150 MHz жыштыкта иштеген, башкаруунун үлгүлөө убактысы 10 µs деп белгиленген жана булак ар бир башкаруу циклинин эсептөө убактысы ушул үлгүлөө убактысынан кыска болгонун билдирген. Бирок PIL текшерүүсү башкаргычтын коду чыныгы процессордо убакыттык чектөөлөрдүн ичинде иштей аларын көрсөтөт; бул толук физикалык PV массиви, кубат өзгөрткүчү жана тармакта жүргүзүлгөн интеграцияланган аппараттык эксперимент эмес. Авторлор да жыйынтык бөлүмүндө чыныгы сыноо стендинде толук аппараттык текшерүү келечекте жүргүзүлүшү керектигин ачык белгилешет.

Тармакка туташкан PV системаларында MPPT эмне үчүн татаалдашат?

Фотоэлектрдик массивдин максималдуу кубат чекити туруктуу эмес. Күн нурлануусу, элементтин температурасы жана өзгөчө жарым-жартылай көлөкөлөнүү шарттары өзгөргөн сайын PV массивинин ток-чыңалуу жана кубат-чыңалуу мүнөздөмөлөрү да өзгөрөт. Ошондуктан MPPT башкаргычы ылайыктуу иштөө чекитин гана таппастан, айлана-чөйрөнүн шарттары тез өзгөрүп жатканда жаңы максималдуу кубат чекитине жетиштүү ылдам өтүшү жана ага жеткенден кийин ошол чекиттин айланасында чоң термелүүлөрдү жаратпашы керек.

Булакта салттуу Perturb and Observe (P&O) ыкмасын колдонуу жөнөкөй экени, бирок өзгөчө өзгөрүлмө шарттарда максималдуу кубат чекитинин айланасында термелүү жаратышы мүмкүн экени айтылат. Incremental Conductance (INC) ыкмасы P&Oнун айрым чектөөлөрүн азайтса да, туруктуу кадам чоңдугунда жакындашуу ылдамдыгы менен туруктуу режимдеги тактыктын ортосунда компромисс пайда болушу мүмкүн. Кадам кичине тандалса жаңы максималдуу кубат чекитине жетүү жайлайт; чоң тандалса термелүүлөр көбөйүшү мүмкүн.

Изилдөө ошондой эле GWO, EAGPSO, GA, SSA, STO, HHO жана башка популяцияга негизделген оптималдаштыруу ыкмалары жарым-жартылай көлөкөлөнүү шартында глобалдык издөө жөндөмүн жакшырта аларын, бирок алардын итерациялык түзүлүшү иштетүү убактысын жана эс тутум талаптарын көбөйтүшү мүмкүн экенин талкуулайт. ANN, CNN жана бүдөмүк логикага негизделген ыкмалар да күчтүү ыңгайлашууну камсыздай алат; бирок окутуу маалыматтары, эс тутум жана эсептөө ресурстарына болгон талаптар орнотулган системаларда маанилүү болуп калышы мүмкүн. Backstepping Control сызыктуу эмес системалар үчүн туруктуу башкаруу алкагын сунуштаса да, булак классикалык түзүлүш туруктуу режимдеги каталарды же жакындашуу көйгөйлөрүн көрсөтүшү мүмкүн экенин белгилейт.

AVIC-IBC Гибриддик MPPT Ыкмасы Эмне Кылат?

AVIC-IBC ыкмасында AVIC PV массивинин өлчөнгөн чыңалуусу менен тогунан максималдуу кубат чекитине туура келген \(V_{ref}\) эталондук чыңалуусун түзөт; IBC болсо чыныгы \(V_{pv}\) чыңалуусун ошол эталонго жакындатуу үчүн boost өзгөрткүчтүн \(\alpha\) башкаруу мыйзамын эсептейт. Ошентип, максималдуу кубат чекитин издөө менен кубат өзгөрткүчүнүн сызыктуу эмес динамикалык башкаруусу бир башкаруу чынжырында бириктирилет.

Системанын физикалык жана башкаруу архитектурасы

PV жана boost өзгөрткүчтүн динамикалык модели

Булак DC-DC көтөрүүчү өзгөрткүч тарабын төмөнкү абал теңдемелери менен сүрөттөйт:

\[ \frac{dV_{pv}}{dt}=\frac{1}{C_1}(i_{pv}-i_L) \]

\[ \frac{di_L}{dt}=\frac{1}{L}\left(V_{pv}-(1-\alpha)V_{dc}\right) \]

\[ \frac{dV_{dc}}{dt}=(1-\alpha)\frac{i_L}{C_1}-\frac{i_g}{C_1} \qquad \text{(Denklem 1)} \]

Биринчи туюнтма PV тарабындагы конденсатор чыңалуусу PV массивинен келген \(i_{pv}\) тогу менен көтөрүүчү өзгөрткүчтүн индуктор тогу \(i_L\) ортосундагы айырма аркылуу аныкталарын билдирет. Экинчи туюнтма индуктор тогу \(V_{pv}\), DC шина чыңалуусу \(V_{dc}\), индуктивдүүлүк \(L\) жана башкаруу өзгөрмөсү \(\alpha\) менен кантип өзгөрөрүн көрсөтөт. \(\alpha\) — өлчөмсүз башкаруу/duty өзгөрмөсү жана IBCнин акыркы чыгышы.

Булак Теңдеме (1)дин үчүнчү сабында \(dV_{dc}/dt\) үчүн \(C_1\) колдонот. Ошол эле изилдөө \(C_1\)ди кириш, \(C_2\)ни чыгыш конденсатору катары аныктап, төмөнкү тармак тарабы моделинде \(V_{dc}\) туундусу үчүн \(C_2\)ни колдонот. Verianla тексти булактагы бул белгилөө айырмасын үнсүз өзгөртпөйт.

DC-AC инвертор жана тармак тарабы модели

Булак айлануучу \(dq\) координат системасындагы тармак тарабы динамикасын төмөнкүдөй берет:

\[ \frac{di_{dg}}{dt} =-\beta_1 i_{dg} +\beta_2 i_{qg} +\beta_3(V_{di}-V_{dg}) \]

\[ \frac{di_{qg}}{dt} =-\beta_1 i_{qg} -\beta_2 i_{dg} +\beta_3V_{qi} \]

\[ \frac{dV_{dc}}{dt} =\frac{2}{C_2}\left(-\frac{3}{2}V_{dg}i_{dg}+P_{out}\right) \qquad \text{(Denklem 2)} \]

Бул жерде \(\beta_1=R_f/L_f\), \(\beta_2=\omega\) жана \(\beta_3=1/L_f\) деп аныкталган. \(R_f\) фильтр каршылыгын, \(L_f\) фильтр индуктивдүүлүгүн, \(\omega\) электрдик бурчтук жыштыкты, ал эми \(i_{dg}\) жана \(i_{qg}\) тармак тогунун \(dq\) окторундагы компоненттерин билдирет. \(P_{out}\) — көтөрүүчү өзгөрткүчтүн чыгыш кубаты.

Бул теңдемелердин илимий ролу — башкаргыч башкарган физикалык системанын убакытка көз каранды абал өзгөрмөлөрүн аныктоо. AVIC максималдуу кубат эталонун гана түзөт, ал эми IBCнин башкаруу мыйзамы түздөн-түз ушул сызыктуу эмес өзгөрткүч динамикасына курулат.

AVIC өзгөрмө кадам механизми

AVIC классикалык Incremental Conductance ыкмасындагы туруктуу кадам көйгөйүн азайтуу үчүн кадам чоңдугун кубат-чыңалуу ийри сызыгынын учурдагы жантайышына байланыштырат. Булакта берилген туюнтма төмөнкүдөй:

\[ \Delta V(k)=k\left|\frac{\Delta P(k)}{\Delta V(k)}\right| \qquad \text{(Denklem 3)} \]

Формула эмнени эсептейт? Теңдеме PV иштөө чыңалуусунда жасала турган өзгөрүүнүн чоңдугун аныктоо үчүн кубат-чыңалуу жантайышынын абсолюттук маанисин колдонот.

Өзгөрмөлөр: \(\Delta P(k)\) удаалаш үлгүлөрдүн ортосундагы PV кубат өзгөрүүсүн; \(\Delta V(k)\) чыңалуу өзгөрүүсүн; \(k\) болсо булакта оң күчөтүү коэффициенти катары аныкталган коэффициентти билдирет.

Математикалык ролу: \(|\Delta P/\Delta V|\) кубат-чыңалуу жантайышынын чоңдугун билдирет. MPPден алыста жантайыш чоңойгондо кадамдын чоңоюшу, MPP аймагында жантайыш нөлгө жакындаганда кадамдын кичирейиши көздөлөт.

Физикалык мааниси: Чоң чыңалуу кадамы издөө ылдамдыгын жогорулатат; кичине чыңалуу кадамы болсо максималдуу кубат чекитинин айланасындагы туруктуу режим термелүүлөрүн азайтууну көздөйт.

Түшүндүрмө чеги: Булак бир эле \(\Delta V(k)\) белгисин теңдиктин сол жагында кадам чоңдугу, ал эми бөлчөктүн бөлүүчүсүндө чыңалуу айырмасы маанисинде колдонот. Бул белгилөө бул жерде булакка ылайык сакталган.

Integral Backstepping: биринчи көзөмөлдөө катасы

IBC долбоору PV чыңалуусу менен AVIC эталондук чыңалуусунун ортосундагы катадан башталат:

\[ \delta_1=V_{pv}-V_{ref} \qquad \text{(Denklem 4)} \]

Башкаруунун максаты \(\delta_1\)ди нөлгө жакындатуу. Катанын туундусуна PV тарабынын динамикасы коюлганда:

\[ \dot{\delta}_1 =\dot{V}_{pv}-\dot{V}_{ref} =\frac{1}{C_1}(i_{pv}-i_L)-\dot{V}_{ref} \qquad \text{(Denklem 5)} \]

Андан соң булак туруктуу катаны басуу үчүн интегралдык аракет кошот:

\[ \eta=\int_0^t\delta_1\,dt =\int_0^t(V_{pv}-V_{ref})\,dt \qquad \text{(Denklem 6)} \]

\[ \dot{\eta}=\delta_1 \qquad \text{(Denklem 7)} \]

\(\eta\) — чыңалууну көзөмөлдөө катасынын убакыт ичинде топтолгон мааниси. Эгер ката кыска убакытта оң жана терс маанилердин ортосунда алмашып туруунун ордуна системалуу түрдө бир багытта калса, интегралдык мүчө бул туруктуу четтөөнү топтоп, башкаруу мыйзамында таасирдүү болот.

Биринчи Lyapunov функциясы

Булак туруктуулуктун биринчи баскычында төмөнкү Lyapunov талапкерин колдонот:

\[ f_1=\frac{1}{2}\delta_1^2+\frac{\lambda}{2}\eta^2 \qquad \text{(Denklem 8)} \]

\[ \dot{f}_1=\delta_1\dot{\delta}_1+\lambda\eta\dot{\eta} \qquad \text{(Denklem 9)} \]

Теңдеме (5) жана Теңдеме (7) ордуна коюлганда:

\[ \dot{f}_1= \delta_1\left[ \frac{1}{C_1}(i_{pv}-i_L)-\dot{V}_{ref} \right] +\lambda\eta(V_{pv}-V_{ref}) \qquad \text{(Denklem 10)} \]

Lyapunov ыкмасынын негизги идеясы — \(f_1\) оң, энергияга окшош ката өлчөмү болушу жана система траекториясы боюнча анын туундусу терс багытта кармалышы. Булак ушул максатта:

\[ -\lambda_1\delta_1= \frac{1}{C_1}(i_{pv}-i_L) -\dot{V}_{ref} +\lambda\eta \qquad \text{(Denklem 11)} \]

шартын аныктайт. Бул жерде \(\lambda\) жана \(\lambda_1\) — оң башкаруу күчөтүүлөрү.

Виртуалдык индуктор тогунун эталону

Теңдеме (11)ден индуктор тогу үчүн:

\[ i_L=C_1\left( \lambda_1\delta_1+ \frac{i_{pv}}{C_1} -\dot{V}_{ref} +\lambda\eta \right) \qquad \text{(Denklem 12)} \]

туюнтмасы алынат. Булак бул түзүлүштү түздөн-түз чыныгы токтун ордуна виртуалдык эталон катары аныктайт:

\[ i_{Lref}=C_1\left( \lambda_1\delta_1+ \frac{i_{pv}}{C_1} -\dot{V}_{ref} +\lambda\eta \right) \qquad \text{(Denklem 13)} \]

Backstepping ыкмасында бул кадам маанилүү: биринчи башкаруу катмарында максат \(\alpha\)ны түздөн-түз эсептөө эмес, PV чыңалуусун керектүү чекитке жеткире ала турган идеалдуу/виртуалдык индуктор тогун аныктоо.

Экинчи ката өзгөрмөсү

Чыныгы индуктор тогу менен виртуалдык эталондун айырмасы экинчи ката өзгөрмөсүн түзөт. Булак муну:

\[ i_L=\delta_2+i_{Lref} \qquad \text{(Denklem 14)} \]

түрүндө жазат; эквиваленттүү түрдө \(\delta_2=i_L-i_{Lref}\).

Теңдемелер ордуна коюлуп жөнөкөйлөштүрүлгөндө биринчи ката динамикасы:

\[ \dot{\delta}_1 =-\lambda_1\delta_1 -\frac{\delta_2}{C_1} -\lambda\eta \qquad \text{(Denklem 16)} \]

жана биринчи Lyapunov функциясынын туундусу:

\[ \dot{f}_1 =-\lambda_1\delta_1^2 -\frac{\delta_1\delta_2}{C_1} \qquad \text{(Denklem 17)} \]

түрүнө келет. Биринчи мүчө ката энергиясын азайтуучу багытта. Экинчи кайчылаш мүчө \(\delta_1\) менен \(\delta_2\)ни байланыштырып тургандыктан, экинчи backstepping баскычында өзүнчө каралат.

Экинчи ката динамикасын чыгаруу

Экинчи ката өзгөрмөсүнүн туундусу:

\[ \dot{\delta}_2 =\dot{i}_L-\dot{i}_{Lref} \qquad \text{(Denklem 18)} \]

деп жазылат. Булак \(i_{Lref}\)тин туундусун төмөнкүдөй берет:

\[ \dot{i}_{Lref} =C_1\left[ \lambda_1\left( -\lambda_1\delta_1 -\frac{\delta_2}{C_1} -\lambda\eta \right) +\frac{\dot{i}_{pv}}{C_1} -\ddot{V}_{ref} +\lambda(V_{pv}-V_{ref}) \right] \qquad \text{(Denklem 19)} \]

Бул Теңдеме (18)ге коюлгандан кийин булакта:

\[ \dot{\delta}_2 = \dot{i}_L -C_1\left( -\lambda_1^2\delta_1 -\frac{\lambda_1\delta_2}{C_1} -\lambda\lambda_1\eta +\frac{\dot{i}_{pv}}{C_1} \right) +C_1\left( \ddot{V}_{ref}-\lambda_1\delta_1 \right) \qquad \text{(Denklem 20)} \]

туюнтмасы берилет. Теңдеме (19)дун акыркы мүчөсүндөгү \(\lambda(V_{pv}-V_{ref})\) менен Теңдеме (20)да көрүнгөн \(\lambda_1\delta_1\) белгилөөлөрүнүн ортосунда булак ичинде алгебралык жактан көңүл бурууну талап кылган өтүү бар. Бул жерде формулалар булакта басылган түрүндө сакталган жана үнсүз түрдө символ алмаштырылган эмес.

Экинчи Lyapunov функциясы жана глобалдык катаны азайтуу

Булак экинчи ката өзгөрмөсүн да туруктуулук функциясына кошот:

\[ f_2=f_1+\frac{1}{2}\delta_2^2 \qquad \text{(Denklem 21)} \]

\[ \dot{f}_2 =\dot{f}_1+\delta_2\dot{\delta}_2 \qquad \text{(Denklem 22)} \]

Теңдеме (17) колдонулганда:

\[ \dot{f}_2 =-\lambda_1\delta_1^2 -\frac{\delta_1\delta_2}{C_1} +\delta_2\dot{\delta}_2 \]

\[ \dot{f}_2 =-\lambda_1\delta_1^2 +\delta_2\left( \dot{\delta}_2-\frac{\delta_1}{C_1} \right) \qquad \text{(Denklem 23)} \]

алынат. Экинчи кашаа да терс басаңдатуучу формага мажбурланат:

\[ \dot{\delta}_2-\frac{\delta_1}{C_1} =-\lambda_2\delta_2 \qquad \text{(Denklem 24)} \]

\(\lambda_2\) да оң күчөтүү. Бул тандоонун максаты — \(\delta_1\) жана \(\delta_2\) ката өзгөрмөлөрүн тең нөлгө жакындатуучу терс Lyapunov туундусун түзүү.

Boost өзгөрткүчтүн акыркы башкаруу мыйзамы

Булак boost өзгөрткүч динамикасын жана мурунку ката байланыштарын бириктирип, адегенде:

\[ -\lambda_2\delta_2 = \frac{V_{pv}}{L} -\frac{V_{dc}}{L}(1-\alpha) -C_1\left( -\lambda_1^2\delta_1 -\frac{\lambda_1\delta_2}{C_1} -\lambda\lambda_1\eta +\frac{\dot{i}_{pv}}{C_1} \right) +C_1(\ddot{V}_{ref}-\lambda_1\delta_1) -\frac{\delta_1}{C_1} \qquad \text{(Denklem 25)} \]

туюнтмасын алат. Кайра иреттелгенден кийин:

\[ \frac{V_{dc}}{L}(1-\alpha) = \lambda_2\delta_2 +\frac{V_{pv}}{L} +\lambda_1^2C_1\delta_1 +\lambda_1\delta_2 +\lambda\lambda_1C_1\eta +\dot{i}_{pv} +C_1\ddot{V}_{ref} -C_1\lambda_1\delta_1 -\frac{\delta_1}{C_1} \qquad \text{(Denklem 26)} \]

жана акырында башкаруу мыйзамы:

\[ \alpha = 1-\frac{L}{V_{dc}} \left( \lambda_2\delta_2 +\frac{V_{pv}}{L} +\lambda_1^2C_1\delta_1 +\lambda_1\delta_2 +\lambda\lambda_1C_1\eta +\dot{i}_{pv} +C_1\ddot{V}_{ref} -C_1\lambda_1\delta_1 -\frac{\delta_1}{C_1} \right) \qquad \text{(Denklem 27)} \]

деп жазылат.

Формула эсептеген чоңдук: \(\alpha\) — boost өзгөрткүчтүн негизги башкаруу өзгөрмөсү.

Башкаруу логикасы: \(\alpha\) бир гана учурдагы PV чыңалуу катасына эмес, чыңалуу катасынын интегралына, индуктор тогунун эталондук катасына, PV тогунун өзгөрүшүнө, эталондук чыңалуунун туундуларына жана оң Lyapunov күчөтүүлөрүнө көз каранды.

Туруктуулук ролу: Башкаргыч максималдуу кубат чекитин издөө эвристикасына гана таянбайт. IBC бөлүгү ката динамикасынын Lyapunov функциялары аркылуу терс багытта өнүгүшүн көздөгөн сызыктуу эмес башкаруу долбоору.

Күчөтүүлөрдү тандоо: Булак \(\lambda\), \(\lambda_1\) жана \(\lambda_2\) күчөтүүлөрү адегенде Lyapunov туруктуулук шарттарын канааттандырган кичине оң маанилерден башталганын, андан соң тез динамикалык жоопко, аз ашып кетүүгө жана кичине туруктуу режим термелүүсүнө жеткенче көбөйтүлгөнүн билдирет.

Башкаруу чынжыры кадам сайын

1. PV массивинин \(V_{pv}\) чыңалуусу жана \(i_{pv}\) тогу өлчөнөт.
2. PV кубаты жана удаалаш өзгөрүүлөр колдонулуп, AVIC иштөө чекитинин MPPге карата абалын баалайт.
3. AVIC өзгөрмө кадам чоңдугу менен \(V_{ref}\) чыңалуу эталонун түзөт.
4. IBC \(V_{pv}-V_{ref}\) катасын \(\delta_1\) катары түзөт.
5. Интегралдык мүчө \(\eta\) туруктуу ката маалыматын топтойт.
6. Биринчи backstepping баскычы виртуалдык \(i_{Lref}\) индуктор тогун аныктайт.
7. Чыныгы \(i_L\) менен \(i_{Lref}\) айырмасынан \(\delta_2\) түзүлөт.
8. Экинчи Lyapunov баскычы \(\delta_1\) жана \(\delta_2\)ни бирге азайтууга багытталган шартты түзөт.
9. Акыркы башкаруу мыйзамы \(\alpha\) эсептелип, boost өзгөрткүчтүн PWM башкаруусуна колдонулат.
10. PV иштөө чыңалуусу жаңы \(V_{ref}\)ке жылган сайын цикл жаңы өлчөөлөр менен кайталанат.

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары

Сыналган GTPVSтин негизги параметрлери

Булак башкаруу күчөтүүлөрүнүн физикалык бирдиктерин өзүнчө бербейт; ошондуктан таблицада булакта билдирилген сандык маанилер өзгөртүлбөй сакталган.

Сценарий 1: тез нурлануу өзгөрүүлөрү

Биринчи сыноодо температура 25 °Cде туруктуу кармалып, нурлануу деңгээли тез баскычтар менен өзгөртүлгөн. Максат — башкаргычтардын максималдуу кубат чекитиндеги кескин өзгөрүүлөргө кандай жооп берерин баалоо.

Булак AVIC-IBC PV чыңалуусу менен тогундагы өтмө режимди болжол менен 0,02 s ичинде басаңдатканын; BC болжол менен 0,1 s узагыраак өтүүнү көрсөткөнүн, INC жана P&O болсо жогору термелүүлөрдү жаратканын билдирет. Сунушталган ыкмада тармакка берилген активдүү кубат болжол менен 0,06 s ичинде жооп бергени, DC шина чыңалуусу башында болжол менен 0,06 s жана кийинки өзгөрүүлөрдө болжол менен 0,02 s ичинде кайра туруктуу абалга келгени айтылат.

Сценарий 2: чыныгы күнүмдүк нурлануу профили

Экинчи сценарийдеги нурлануу маалыматтары синтетикалык эмес. Өлчөө Марокконун El Jadida шаарындагы Chouaib Doukkali University Faculty of Sciences изилдөө имаратынын чатырында орнотулган SEM228A күн нурлануу сенсору менен жүргүзүлгөн. Булак жайгашкан жерди болжол менен 33,23° N, 8,50° W деп берет.

Өлчөнгөн күнүмдүк профиль эртең менен эрте болжол менен 0 W/m²ден башталып, саат 12:30 чамасында болжол менен 1040 W/m² чоку мааниге жетет да, андан кийин күндүн аягына карай төмөндөйт. Бул сыноонун илимий баалуулугу — MPPT идеалдуу баскыч сигналдарына гана эмес, чыныгы атмосфералык өзгөрүүлөрдү камтыган нурлануу катарына карата да бааланганында.

Булак графиктеринде AVIC-IBC PV чыңалуусу жана тогу боюнча аз термелүү менен MPPни көзөмөлдөй турганы, активдүү кубат эталонду ээрчий турганы жана \(V_{dc}\) шинасы күн бою туруктуураак кармалары билдирилет. Бул чыныгы нурлануу профили THD баалоосунда колдонулган сценарий да болуп саналат.

Сценарий 3: нурлануу жана температура өзгөрүүсү менен тармактык бузулуу

Үчүнчү сценарийде нурлануу да, температура да өзгөртүлүп, кошумча түрдө t = 1 s маалында башталган 250 ms созулган тармактык бузулуу колдонулган. Ошентип, башкаргыч PV тарабындагы айлана-чөйрө өзгөрүүсүнө гана эмес, AC тармак тарабындагы бузулуучу окуяга да сыналган.

Булак AVIC-IBC PV чыңалуусу жана тогунда болжол менен 0,02 s тез ыңгайлашууну көрсөткөнүн жана P&O, INC жана BCге салыштырмалуу азыраак термелүүлөрдү жаратканын билдирет. Тармактык бузулуу учурунда PVден алынган энергиянын бир бөлүгү DC шина конденсатору тарабынан сиңирилип, бузулуудан кийин активдүү кубат жана DC шина чыңалуусу кайра эталондук деңгээлге келтирилгени айтылат.

Сценарий 4: жарым-жартылай көлөкөлөнүү

Төртүнчү сценарийде 123 kW PV генератору үч өзүнчө 41 kW аймакка бөлүнүп, аймактар ар башка нурлануу деңгээлдерине дуушар болгон. Температура 25 °Cде туруктуу кармалган. Бул түзүлүш имараттын көлөкөсү, булуттун кыймылы же башка аймактык көлөкөлөнүү таасирлери пайда кылышы мүмкүн болгон бир калыпта эмес нурлануу шарттарын билдирет.

Булакта сунушталган ыкма ар бир PSC өтүүсүндө болжол менен 0,02 s ичинде жаңы иштөө чекитине жеткени, чыңалуу жана токто аз термелүү көрсөткөнү айтылат. Активдүү кубат жана DC шина чыңалуусу боюнча болжол менен 0,07 s тез туруктуулук билдирилсе, P&O жана INC ыкмаларында айкыныраак үзгүлтүксүз термелүүлөр көрүнөт.

Төрт сценарийдеги булак Сүрөт 14 маалыматтары

Сүрөт 14төгү түз маанилер сунушталган ыкма төрт сценарийдин баарында болжол менен %99,4төн жогору MPPT натыйжалуулугун жана болжол менен 0,02 s тегерегинде көзөмөлдөө убактысын бергенин көрсөтөт. Булак тексти сунушталган ыкманын орточо MPPT көзөмөлдөө көрсөткүчүн %99,57 жана орточо кубат жоготуусун %1,88 деп билдирет.

Булакта маанилүү текст-график дал келбестиги бар: жыйынтык бөлүмүндө INC жана P&O үчүн тиешелүүлүгүнө жараша 0,5 s жана 0,44 s колдонулса, Сүрөт 14cдеги төрт сценарийдин маанилери 0,059–0,165 s аралыгында көрүнөт. Ошондой эле текстте P&O жана INC үчүн %11,67 жана %11,50 орточо кубат жоготуулары ушул иретте жазылганы менен, Сүрөт 14b тилкелеринин жөнөкөй бөлүштүрүлүшү INC жогору, P&O төмөн орточо мааниге ээ экенин көрсөтөт. Ошондуктан Verianla таблицасында түздөн-түз Сүрөт 14төгү маанилер сакталган жана карама-каршылык жашырылган эмес.

MPPT көзөмөлдөө натыйжалуулугу кантип эсептелет?

Булак MPPT көзөмөлдөө натыйжалуулугун төмөнкү интегралдык катыш менен аныктайт:

\[ \eta= \frac{\int_0^t P_{pv}\,dt} {\int_0^t P_{setpoint}\,dt} \qquad \text{(Denklem 28)} \]

\(P_{pv}\) — башкаргыч PV массивинен иш жүзүндө ала алган кубат; \(P_{setpoint}\) болсо ошол эле убакыт аралыгындагы идеалдуу максималдуу кубат эталону. Алым чыныгы топтолгон PV энергиясын, бөлүм теориялык/эталон катары жеткиликтүү энергияны билдирет. Ошондуктан катыш 1ге же %100гө жакындаган сайын чыныгы кубат ийри сызыгы идеалдуу MPP кубат ийри сызыгын жакыныраак ээрчийт деп түшүнүлөт.

Бул метрика бир гана учурдагы кубат катасын эмес, белгиленген убакыт терезеси боюнча топтолгон энергия айырмасын баалайт. Демек кыска мөөнөттүү өтмө термелүүлөр, узак мөөнөттүү туруктуу режимдеги четтөөлөр жана жаңы иштөө чекитине жетүү ылдамдыгы жалпы натыйжалуулукка биргелешип таасир этиши мүмкүн.

Адабияттагы башка ыкмалар менен булак салыштыруусу

Бул таблица ар башка жарыялоолордон алынган ыкмаларды бириктиргендиктен, бардык саптар бир эле PV массиви, бир эле нурлануу профили, бир эле процессор же бир эле эксперимент протоколунда өлчөнгөн дегенди билдирбейт. Ошондуктан таблица адабиятта билдирилген натыйжалуулуктардын контексттик салыштыруусу болуп саналат; көзөмөлдөнгөн бирдиктүү жалпы benchmark эксперименттин жыйынтыгы эмес.

Токтун жалпы гармоникалык бурмаланышы

Чыныгы нурлануу профили колдонулган экинчи сценарийде булак AVIC-IBC менен тармак тогу үчүн %0,69 THD билдирет. Макала бул маани IEEE 519-2014 алкагында бөлүштүрүү деңгээли үчүн берилген %5 ток THD чегинен төмөн экенин белгилейт.

Processor-in-the-Loop Текшерүүсү Толук Аппараттык Экспериментпи?

Жок. Processor-in-the-Loop текшерүүсүндө башкаргыч алгоритм чыныгы максаттуу микропроцессордо реалдуу убакытта аткарылат; бирок башкарылып жаткан PV массиви, кубат өзгөрткүчү жана тармак толугу менен физикалык сыноо стенди болушу шарт эмес. Бул изилдөөдө eZdsp TMS320F28335 чыныгы процессор катары колдонулуп, MATLAB/Simulink модели менен бирдей 10 µs үлгүлөө убактысында салыштыруу жүргүзүлгөн. Бул орнотулган коддун сандык тактыгын жана реалдуу убакытта аткарылуу мүмкүнчүлүгүн сынайт; авторлор да белгилегендей, толук физикалык аппараттык экспериментти толугу менен алмаштырбайт.

PIL текшерүү чынжыры

MIL жана PIL жыйынтыктарынын дал келиши

Булак 1-сценарий жана 2-сценарий үчүн Model-in-the-Loop (MIL) жана Processor-in-the-Loop (PIL) жыйынтыктарын PV кубаты боюнча салыштырган. Эки текшерүүдө тең үлгүлөө убактысы 10 µs болуп сакталган.

Бул аз четтөө маанилери булак тарабынан Simulink/MIL менен максаттуу процессордо аткарылган PIL жыйынтыктарынын жогорку дал келүүсү катары чечмеленет. Булак ошондой эле AVIC негизги арифметикалык амалдардан, IBC чектелген алгебралык амалдардан тургандыктан башкаргычтын эсептөө татаалдыгы төмөн экенин жана бир башкаруу циклинин жалпы аткаруу убактысы 10 µs үлгүлөө убактысынан кыска калганын билдирет.

Изилдөө колдогон жыйынтыктар

• Булакта сыналган 123 kW GTPVS модели жана төрт сценарий шартында AVIC-IBC INC, P&O жана BCге салыштырмалуу жогору MPPT натыйжалуулугун жана аз термелүүнү көрсөтөт.
• AVICтин өзгөрмө кадам механизми тез жакындашуу менен аз туруктуу режим термелүүсүнүн ортосундагы туруктуу-кадам компромиссин азайтуу үчүн иштелип чыккан.
• IBCнин интегралдык жана Lyapunov негизиндеги түзүлүшү PV чыңалуу эталонун көзөмөлдөө катасын жана индуктор тогунун ката динамикасын бирге башкарууну көздөйт.
• Чыныгы El Jadida нурлануу профили колдонулганда да булакта аз термелүү жана жогорку MPP көзөмөлдөө көрсөткүчү билдирилген.
• Жарым-жартылай көлөкөлөнүү жана 250 ms тармактык бузулуу сценарийлеринде сунушталган ыкманын булак графиктеринде тез кайра жакындашуусу көрүнөт.
• 2-сценарийде тармак тогунун THDси булак тарабынан %0,69 деп билдирилген.
• AVIC-IBC коду eZdsp TMS320F28335 процессорунда 10 µs үлгүлөө циклинин ичинде PIL катары иштетилген.
• MIL жана PIL ортосунда булакта билдирилген MAD жана MAPD маанилери кичине.

Изилдөө колдобогон жалпылоолор

• Изилдөө AVIC-IBC бардык PV системаларында жана бардык аппараттык платформаларда %99,57 натыйжалуулук берет деп далилдебейт.
• PIL текшерүүсү толук масштабдагы физикалык PV станциясынын же чыныгы кубат электроникасы сыноо стендинин эксперименти эмес.
• Чыныгы нурлануу маалыматтарын колдонуу PV массиви менен тармактын баары талаада физикалык түрдө сыналган дегенди билдирбейт.
• Адабияттагы Таблица 3төгү ар башка ыкмалардын көрсөткүчтөрү бирдиктүү жалпы эксперимент протоколунан алынган эмес.
• Изилдөө компоненттердин узак мөөнөттүү эскиришин, өлчөө ызы-чуусун жана узак мөөнөттүү температура таасирин эксперименталдык түрдө чечкен эмес.
• Булак чыныгы толук аппараттык сыноо стендинде текшерүү келечекте жүргүзүлүшү керектигин ачык белгилейт.

Негизги чектөөлөр жана келечектеги иштер

Изилдөөнүн эң маанилүү текшерүү чеги — башкаргыч чыныгы процессордо иштетилгени менен, бүт PV кубат чынжыры чыныгы физикалык аппаратта сыналган эмес. PIL орнотулган башкаруу коду менен симуляция моделинин ортосунда көпүрө түзөт; кубат жарым өткөргүчтөрүнүн чыныгы которулуу жоготуулары, сенсор толеранттуулуктары, электромагниттик тоскоолдук, чыныгы өзгөрткүчтүн жылуулук жүрүм-туруму, чыныгы тармак импедансынын өзгөрүүлөрү жана узак мөөнөттүү аппараттык эскириш сыяктуу таасирлердин баарын өзү эле текшербейт.

Авторлор келечектеги иште компоненттердин эскиришин, узак мөөнөттүү температура өзгөрүүлөрүн жана өлчөө ызы-чуусун изилдөөнү сунушташат. Ошондой эле eZdsp TMS320F28335 негизиндеги чыныгы сыноо стендинде толук аппараттык эксперимент жыйынтыктарды текшериши керектигин белгилешет.

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

Түпнуска изилдөө: Processor-in-the-Loop Validation of an Advanced Hybrid MPPT Controller for Sustainable Grid-Tied Photovoltaic Systems Under Real Climatic Conditions

Авторлор: Oumaima Echab; Noureddine Ech-Cherki; Omaima El Alani; Tourıa Gueddouch; Abdellatif Obbadi; Youssef Errami; Smail Sahnoun.

Corresponding author: Youssef Errami.

Аффилиация: Laboratory Electronics, Instrumentation and Energy (LEIE), Faculty of Science, Chouaib Doukkali University, El Jadida 24000, Morocco.

Журнал: Sustainability.

Басма: MDPI, Basel, Switzerland.

Том / сан / макала номери: Volume 18, Issue 2, Article 655.

DOI: 10.3390/su18020655.

Жөнөтүлгөн күнү: 27 ноябрь 2025.

Кайра каралган күнү: 29 декабрь 2025.

Кабыл алынган күнү: 5 январь 2026.

Жарыяланган күнү: 8 январь 2026.

Булак түрү: Изилдөө макаласы. Изилдөө жаңы MPPT башкаруу ыкмасын сунуштайт; MATLAB/Simulink симуляциясын, чыныгы өлчөнгөн нурлануу профилин жана Processor-in-the-Loop орнотулган процессор текшерүүсүн чогуу колдонот.

Рецензия: Sustainability журналында жарыяланган рецензияланган изилдөө макаласы.

Лицензия: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).

Расмий шилтеме: https://doi.org/10.3390/su18020655

Каржылоо: Авторлор изилдөө тышкы каржылоо албаганын билдиришкен.

Маалыматтардын жеткиликтүүлүгү: Авторлор изилдөөнүн жыйынтыктарын колдогон маалыматтар макаланын ичинде бар экенин билдиришет.

Кызыкчылыктардын кагылышы: Авторлор кызыкчылыктардын кагылышы жок экенин билдиришкен.

Этика комитети / маалымдалган макулдук: Колдонулбайт.

Авторлордун салымы: Булакта концепциялоо, ыкма жана программалык камсыздоо негизинен Oumaima Echabга; текшерүү, формалдуу талдоо, изилдөө, визуалдаштыруу, көзөмөл жана долбоорду башкаруу милдеттери команда мүчөлөрүнүн ортосунда бөлүштүрүлгөн. Smail Sahnoun каржылоону алуу салымы менен да көрсөтүлгөн. Бардык авторлор жарыяланган версияны окуп, жактырганы билдирилген.

Илимий текшерүү чеги: Изилдөө толук физикалык PV кубат чынжыры экспериментинин ордуна MATLAB/Simulink + чыныгы нурлануу маалыматтары + чыныгы максаттуу процессордогу PIL текшерүүсү болуп саналат. Авторлор толук аппараттык сыноо стенди келечекте зарыл экенин ачык белгилешет.

Булактагы теңдеме эскертүүсү: Теңдеме (1)деги \(V_{dc}\) туундусу сабында булак \(C_1\)ди колдонсо, текст \(C_2\)ни чыгыш конденсатору катары аныктайт жана Теңдеме (2)де \(V_{dc}\) динамикасында \(C_2\) колдонулат. Мындан тышкары Теңдеме (19)–(20) өтүүсүндөгү \(\lambda\) жана \(\lambda_1\) мүчөлөрү алгебралык жактан көңүл бурууну талап кылган булак белгилөөсүн түзөт. Verianla тексти бул туюнтмаларды булак ээсинин ордуна үнсүз оңдогон эмес.

Булактагы көрсөткүч эскертүүсү: Жыйынтык бөлүмүндө INC жана P&O үчүн берилген 0,5 s жана 0,44 s көзөмөлдөө убакыттары Сүрөт 14cдеги сценарий боюнча маанилерге дал келбейт. Ошондой эле орточо кубат жоготуусу параграфындагы INC/P&O дайындоосу Сүрөт 14b тилкелери менен тескери көрүнөт. Ошондуктан бул Verianla макаласында так сценарий маанилери түздөн-түз Сүрөт 14төн алынган жана булактагы карама-каршылык өзүнчө көрсөтүлгөн.