Advanced Variable Step Size Incremental Conductance–Integral Backstepping Control (AVIC-IBC) равиши гибридии пайгирии нуқтаи ҳадди аксари қувва (Maximum Power Point Tracking, MPPT) мебошад, ки барои пайгирии нуқтаи ҳадди аксари қувва дар низоми фотоэлектрикии ба шабака пайваст шиддати истинодии PV-ро, ки алгоритми AVIC тавлид мекунад, тавассути Integral Backstepping Control ба қонуни идоракунии табдилдиҳандаи баландкунандаи DC-DC табдил медиҳад. Дар таҳқиқот ин усул дар низоми фотоэлектрикии дузинагии ба шабака пайваст (Grid-Tied Photovoltaic System, GTPVS) бо қувваи номиналии 123 kW омӯхта шудааст. Зинаи аввал табдилдиҳандаи DC-DC step-up/boost ва зинаи дуюм инвертори сефазаи ба шабака пайваст мебошад.

Қисми AVIC аз нишебии лаҳзавии тавсифи қувва-шиддати PV истифода бурда, андозаи қадами шиддати истинодиро вобаста ба дурии нуқтаи корӣ аз нуқтаи ҳадди аксари қувва тағйир медиҳад. Вақте нуқтаи корӣ аз нуқтаи ҳадди аксари қувва дур аст, бо истифодаи қадами калонтар ҳамгароӣ тезонда мешавад; ҳангоми наздик шудан ба нуқтаи ҳадди аксари қувва қадам хурд карда мешавад, то ларзишҳои ҳолати устувор кам гарданд. Қисми IBC бошад, бо такя ба тағйирёбандаҳои хато, узви интегралӣ ва шартҳои устувории бар Lyapunov асосёфта тағйирёбандаи идоракунии \(\alpha\)-и табдилдиҳандаи boost-ро ҳосил мекунад, то шиддати PV шиддати истинодии аз ҷониби AVIC тавлидшударо пайгирӣ намояд.

Усул дар муҳити MATLAB/Simulink 2020b бо усулҳои классикии Incremental Conductance (INC), Perturb and Observe (P&O) ва Backstepping Control (BC) муқоиса шудааст. Чор гурӯҳи асосии озмоишҳо аз тағйироти босуръати шуоънокӣ, профили рӯзонаи шуоънокии бо сенсори воқеӣ дар шаҳри El Jadida-и Марокаш ченшуда, вайронии шабакаи давомнокиаш 250 ms ҳамроҳ бо шуоънокӣ ва ҳарорати тағйирёбанда ва шароити сояафкании қисмии сесоҳавӣ иборатанд. Манбаъ барои AVIC-IBC-и пешниҳодшуда нишондиҳандаи миёнаи пайгирии MPPT-ро %99,57, вақти хоси пайгириро тақрибан 0,02 s ва талафоти миёнаи қувваро тақрибан %1,88 гузориш медиҳад. Дар зери профили воқеии шуоънокӣ таҳрифи умумии гармоникии ҷараёни инвертор (Total Harmonic Distortion, THD) %0,69 дода шудааст.

Идоракунанда инчунин дар платформаи eZdsp TMS320F28335 бо усули Processor-in-the-Loop (PIL) иҷро шудааст. Протсессор дар 150 MHz кор кардааст, вақти намунагирии идоракунӣ 10 µs муайян гардидааст ва манбаъ хабар медиҳад, ки вақти ҳисобкунии ҳар як даври идоракунӣ аз ин вақти намунагирӣ камтар будааст. Бо вуҷуди ин, санҷиши PIL нишон медиҳад, ки коди идоракунанда метавонад дар протсессори воқеӣ дар доираи маҳдудиятҳои вақт иҷро шавад; он озмоиши муттаҳидаи сахтафзорӣ дар массиви пурраи физикии PV, табдилдиҳандаи қувва ва шабака нест. Муаллифон низ дар бахши натиҷаҳо равшан қайд мекунанд, ки санҷиши пурраи сахтафзорӣ дар стенди воқеии озмоишӣ бояд дар оянда анҷом дода шавад.

Чаро MPPT дар низомҳои PV-и ба шабака пайваст душвортар мешавад?

Нуқтаи ҳадди аксари қувваи массиви фотоэлектрикӣ собит нест. Бо тағйир ёфтани шуоънокии офтоб, ҳарорати ҳуҷайра ва махсусан шароити сояафкании қисмӣ, тавсифҳои ҷараён-шиддат ва қувва-шиддати массиви PV низ тағйир меёбанд. Аз ин рӯ, идоракунандаи MPPT на танҳо бояд нуқтаи кори мувофиқро пайдо кунад, балки ҳангоми зуд тағйир ёфтани шароити муҳит ба нуқтаи нави ҳадди аксари қувва ба қадри кофӣ зуд гузарад ва пас аз расидан ба он дар гирди ин нуқта ларзишҳои калон эҷод накунад.

Дар манбаъ гуфта мешавад, ки татбиқи усули анъанавии Perturb and Observe (P&O) сода аст, аммо он махсусан дар шароити тағйирёбанда метавонад дар атрофи нуқтаи ҳадди аксари қувва ларзиш эҷод кунад. Равиши Incremental Conductance (INC) баъзе маҳдудиятҳои P&O-ро кам мекунад, аммо ҳангоми андозаи қадами собит байни суръати ҳамгароӣ ва дақиқии ҳолати устувор созиш ба вуҷуд омада метавонад. Агар қадам хурд интихоб шавад, расидан ба нуқтаи нави ҳадди аксари қувва суст мешавад; агар калон интихоб шавад, ларзишҳо метавонанд зиёд гарданд.

Таҳқиқот инчунин баррасӣ мекунад, ки GWO, EAGPSO, GA, SSA, STO, HHO ва дигар усулҳои оптимизатсияи бар популятсия асосёфта метавонанд қобилияти ҷустуҷӯи глобалиро дар сояафкании қисмӣ беҳтар кунанд, аммо сохтори итеративии онҳо метавонад вақти коркард ва талаботи хотираро зиёд намояд. Усулҳои бар ANN, CNN ва мантиқи норавшан асосёфта низ метавонанд мутобиқшавии қавӣ таъмин кунанд; дар айни замон талабот ба маълумоти омӯзишӣ, хотира ва захираи ҳисоббарорӣ дар барномаҳои системаҳои дарунсохт аҳамияти бештар пайдо мекунад. Гарчанде Backstepping Control барои низомҳои ғайрихаттӣ чаҳорчӯбаи устувори идоракуниро пешниҳод мекунад, манбаъ қайд мекунад, ки сохтори классикӣ метавонад хатои ҳолати устувор ё мушкилоти ҳамгароиро нишон диҳад.

Равиши Гибридии AVIC-IBC MPPT Чӣ Кор Мекунад?

Дар равиши AVIC-IBC, AVIC аз шиддат ва ҷараёни ченшудаи массиви PV шиддати истинодии \(V_{ref}\)-ро, ки ба нуқтаи ҳадди аксари қувва мувофиқ аст, тавлид мекунад; IBC бошад қонуни идоракунии \(\alpha\)-и табдилдиҳандаи boost-ро ҳисоб мекунад, то шиддати воқеии \(V_{pv}\)-ро ба ин истинод наздик намояд. Ҳамин тавр, ҷустуҷӯи нуқтаи ҳадди аксари қувва ва идоракунии динамикии ғайрихаттии табдилдиҳандаи қувва дар як занҷири идоракунӣ муттаҳид карда мешаванд.

Меъмории физикӣ ва идоракунии низом

Модели динамикии PV ва табдилдиҳандаи boost

Манбаъ тарафи табдилдиҳандаи баландкунандаи DC-DC-ро бо муодилаҳои ҳолати зерин тавсиф мекунад:

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

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

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

Ифодаи аввал нишон медиҳад, ки шиддати конденсатори тарафи PV аз фарқи байни ҷараёни \(i_{pv}\), ки аз массиви PV меояд, ва ҷараёни индуктори \(i_L\)-и табдилдиҳандаи баландкунанда муайян мешавад. Ифодаи дуюм нишон медиҳад, ки ҷараёни индуктор вобаста ба \(V_{pv}\), шиддати шинаи DC \(V_{dc}\), индуктивият \(L\) ва тағйирёбандаи идоракунӣ \(\alpha\) чӣ гуна тағйир меёбад. \(\alpha\) тағйирёбандаи беандозаи идоракунӣ/duty буда, баромади ниҳоии IBC аст.

Манбаъ дар сатри сеюми Муодилаи (1) барои \(dV_{dc}/dt\) аз \(C_1\) истифода мекунад. Ҳамин таҳқиқот \(C_1\)-ро конденсатори вуруд ва \(C_2\)-ро конденсатори баромад муайян мекунад ва дар модели зерини тарафи шабака барои ҳосилаи \(V_{dc}\) аз \(C_2\) истифода мебарад. Матни Verianla ин фарқи нишонагузории манбаъро хомӯшона тағйир намедиҳад.

Модели инвертори DC-AC ва тарафи шабака

Манбаъ динамикаи тарафи шабакаро дар низоми координатаи гардишкунандаи \(dq\) ба шакли зерин медиҳад:

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

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

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

Дар ин ҷо \(\beta_1=R_f/L_f\), \(\beta_2=\omega\) ва \(\beta_3=1/L_f\) муайян шудаанд. \(R_f\) муқовимати филтр, \(L_f\) индуктивияти филтр, \(\omega\) басомади кунҷии барқӣ ва \(i_{dg}\) ва \(i_{qg}\) ҷузъҳои меҳварии \(dq\)-и ҷараёни шабакаро ифода мекунанд. \(P_{out}\) қувваи баромади табдилдиҳандаи баландкунанда мебошад.

Нақши илмии ин муодилаҳо муайян кардани тағйирёбандаҳои ҳолати вобаста ба вақти низоми физикие мебошад, ки идоракунанда онро идора мекунад. AVIC танҳо истиноди ҳадди аксари қувваро тавлид мекунад, дар ҳоле ки қонуни идоракунии IBC мустақиман бар ҳамин динамикаи ғайрихаттии табдилдиҳанда сохта шудааст.

Механизми қадами тағйирёбандаи AVIC

AVIC барои кам кардани мушкили қадами собити равиши классикии Incremental Conductance андозаи қадамро ба нишебии лаҳзавии каҷнамои қувва-шиддат вобаста мекунад. Ифодаи дар манбаъ додашуда чунин аст:

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

Формула чиро ҳисоб мекунад? Муодила барои муайян кардани андозаи тағйироте, ки дар шиддати кори PV анҷом дода мешавад, аз қимати мутлақи нишебии қувва-шиддат истифода мекунад.

Тағйирёбандаҳо: \(\Delta P(k)\) тағйири қувваи PV байни намунаҳои пайдарпай; \(\Delta V(k)\) тағйири шиддат; ва \(k\) коэффисиентеро ифода мекунад, ки дар манбаъ ҳамчун афзоиши мусбат муайян шудааст.

Нақши математикӣ: \(|\Delta P/\Delta V|\) бузургии нишебии қувва-шиддатро ифода мекунад. Ҳангоми дур будан аз MPP ва калон шудани нишебӣ, калон шудани қадам ва ҳангоми наздик шудани нишебӣ ба сифр дар атрофи MPP хурд шудани қадам мақсад аст.

Маънои физикӣ: Қадами калони шиддат суръати ҷустуҷӯро зиёд мекунад; қадами хурди шиддат бошад барои кам кардани ларзишҳои ҳолати устувор дар атрофи нуқтаи ҳадди аксари қувва равона шудааст.

Ҳудуди тафсир: Манбаъ ҳамон рамзи \(\Delta V(k)\)-ро дар тарафи чапи баробарӣ ҳамчун андозаи қадам ва дар махраҷи каср ҳамчун фарқи шиддат истифода мебарад. Ин нишонагузорӣ дар ин ҷо мувофиқи манбаъ нигоҳ дошта шудааст.

Integral Backstepping: хатои якуми пайгирӣ

Тарҳи IBC аз хатои байни шиддати PV ва шиддати истинодии AVIC оғоз мешавад:

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

Ҳадафи идоракунӣ наздик кардани \(\delta_1\) ба сифр аст. Вақте динамикаи тарафи PV ба ҳосилаи хато ҷойгузин мешавад:

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

Сипас манбаъ барои фурӯ нишондани хатои доимӣ амали интегралиро илова мекунад:

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

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

\(\eta\) қимати ҷамъшудаи хатои пайгирии шиддат дар тӯли вақт аст. Агар хато ба ҷойи он ки кӯтоҳмуддат байни қиматҳои мусбат ва манфӣ тағйир ёбад, ба таври низомнок дар як самт боқӣ монад, узви интегралӣ ин инҳирофи доимиро ҷамъ карда, дар қонуни идоракунӣ таъсиргузор мешавад.

Функсияи якуми Lyapunov

Манбаъ дар қадами аввали устуворӣ номзади зерини Lyapunov-ро истифода мебарад:

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

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

Ҳангоми ҷойгузин кардани Муодилаи (5) ва Муодилаи (7):

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

Ғояи асосии равиши Lyapunov ин аст, ки \(f_1\) ченаки мусбати ба энергия монанди хато бошад ва ҳосилаи он дар тӯли траекторияи низом дар самти манфӣ нигоҳ дошта шавад. Манбаъ барои ин мақсад:

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

шартро муайян мекунад. Дар ин ҷо \(\lambda\) ва \(\lambda_1\) афзоишҳои мусбати идоракунӣ мебошанд.

Истиноди виртуалии ҷараёни индуктор

Аз Муодилаи (11) барои ҷараёни индуктор:

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

ифода ба даст меояд. Манбаъ ин сохторро ба ҷойи ҷараёни воқеӣ ҳамчун истиноди виртуалӣ муайян мекунад:

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

Дар равиши Backstepping ин қадам муҳим аст: дар қабати якуми идоракунӣ ҳадаф ба ҷойи ҳисоб кардани мустақими \(\alpha\), муайян кардани ҷараёни идеалӣ/виртуалии индуктор мебошад, ки метавонад шиддати PV-ро ба нуқтаи дилхоҳ барад.

Тағйирёбандаи дуюми хато

Фарқи байни ҷараёни воқеии индуктор ва истиноди виртуалӣ тағйирёбандаи дуюми хаторо ташкил медиҳад. Манбаъ онро чунин менависад:

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

ба таври ҳамарзиш \(\delta_2=i_L-i_{Lref}\).

Пас аз ҷойгузини муодилаҳо ва соддасозӣ динамикаи хатои якум:

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

ва ҳосилаи функсияи якуми Lyapunov:

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

мешавад. Узви аввал дар самти кам кардани энергияи хато амал мекунад. Узви дуюми салибӣ бошад, азбаски \(\delta_1\) ва \(\delta_2\)-ро ба ҳам мепайвандад, дар зинаи дуюми backstepping алоҳида баррасӣ мешавад.

Ҳосил кардани динамикаи хатои дуюм

Ҳосилаи тағйирёбандаи дуюми хато:

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

навишта мешавад. Манбаъ ҳосилаи \(i_{Lref}\)-ро чунин медиҳад:

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

Пас аз ҷойгузини он ба Муодилаи (18), дар манбаъ:

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

ифода дода мешавад. Байни \(\lambda(V_{pv}-V_{ref})\) дар узви охирини Муодилаи (19) ва нишонагузории \(\lambda_1\delta_1\), ки дар Муодилаи (20) дида мешавад, дар дохили манбаъ гузарише мавҷуд аст, ки аз ҷиҳати алгебравӣ таваҷҷуҳ талаб мекунад. Дар ин ҷо формулаҳо ҳамон тавре ки дар манбаъ чоп шудаанд нигоҳ дошта шуда, ягон ивазкунии хомӯшонаи рамз анҷом дода нашудааст.

Функсияи дуюми Lyapunov ва камшавии глобалии хато

Манбаъ тағйирёбандаи дуюми хаторо низ ба функсияи устуворӣ илова мекунад:

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

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

Бо истифодаи Муодилаи (17):

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

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

ба даст меояд. Қавси дуюм низ ба шакли хомӯшкунандаи манфӣ маҷбур карда мешавад:

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

\(\lambda_2\) низ афзоиши мусбат аст. Ҳадафи ин интихоб сохтани ҳосилаи манфии Lyapunov мебошад, ки ҳам \(\delta_1\) ва ҳам \(\delta_2\)-ро ба сифр наздик кунад.

Қонуни ниҳоии идоракунии табдилдиҳандаи boost

Манбаъ динамикаи табдилдиҳандаи boost ва робитаҳои пешинаи хаторо якҷо намуда, аввал:

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

ифодаро ба даст меорад. Пас аз тартиб додан:

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

ва дар охир қонуни идоракунӣ:

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

навишта мешавад.

Бузургие, ки формула ҳисоб мекунад: \(\alpha\) тағйирёбандаи асосии идоракунии табдилдиҳандаи boost мебошад.

Мантиқи идоракунӣ: \(\alpha\) на танҳо ба хатои лаҳзавии шиддати PV, балки ба интеграли хатои шиддат, хатои истинодии ҷараёни индуктор, тағйири ҷараёни PV, ҳосилаҳои шиддати истинодӣ ва афзоишҳои мусбати Lyapunov вобаста аст.

Нақши устуворӣ: Идоракунанда танҳо ба эвристикаи ҷустуҷӯи нуқтаи ҳадди аксари қувва такя намекунад. Қисми IBC тарҳи идоракунии ғайрихаттӣ мебошад, ки ҳадаф дорад динамикаи хато тавассути функсияҳои Lyapunov дар самти манфӣ пеш равад.

Интихоби афзоишҳо: Манбаъ мегӯяд, ки афзоишҳои \(\lambda\), \(\lambda_1\) ва \(\lambda_2\) аввал аз қиматҳои хурди мусбате оғоз карда шудаанд, ки шартҳои устувории Lyapunov-ро қонеъ мекунанд, сипас то расидан ба ҷавоби динамикии тез, фарорӯи кам ва ларзиши хурди ҳолати устувор зиёд карда шудаанд.

Занҷири идоракунӣ қадам ба қадам

1. Шиддати \(V_{pv}\) ва ҷараёни \(i_{pv}\)-и массиви PV чен карда мешаванд.
2. Бо истифода аз қувваи PV ва тағйироти пайдарпай AVIC мавқеи нуқтаи кориро нисбат ба MPP арзёбӣ мекунад.
3. AVIC бо андозаи қадами тағйирёбанда истиноди шиддати \(V_{ref}\)-ро тавлид мекунад.
4. IBC хатои \(V_{pv}-V_{ref}\)-ро ҳамчун \(\delta_1\) месозад.
5. Узви интегралӣ \(\eta\) маълумоти хатои доимиро ҷамъ мекунад.
6. Зинаи якуми backstepping ҷараёни виртуалии индуктори \(i_{Lref}\)-ро муайян мекунад.
7. Аз фарқи байни \(i_L\)-и воқеӣ ва \(i_{Lref}\) \(\delta_2\) сохта мешавад.
8. Зинаи дуюми Lyapunov шарти коҳиши якҷояи \(\delta_1\) ва \(\delta_2\)-ро муқаррар мекунад.
9. Қонуни ниҳоии идоракунии \(\alpha\) ҳисоб шуда, ба идоракунии PWM-и табдилдиҳандаи boost татбиқ мешавад.
10. Бо гузаштани шиддати кори PV ба \(V_{ref}\)-и нав, давр бо ченкуниҳои нав такрор мешавад.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Параметрҳои асосии GTPVS-и санҷидашуда

Манбаъ воҳидҳои физикии афзоишҳои идоракуниро алоҳида намедиҳад; аз ин рӯ, қиматҳои ададии дар манбаъ гузоришшуда дар ҷадвал бетағйир нигоҳ дошта шудаанд.

Сенарияи 1: тағйироти босуръати шуоънокӣ

Дар озмоиши аввал ҳарорат дар 25 °C собит нигоҳ дошта шуда, сатҳи шуоънокӣ бо қадамҳои зуд тағйир дода шудааст. Ҳадаф арзёбии он аст, ки идоракунандаҳо ба тағйироти ногаҳонии нуқтаи ҳадди аксари қувва чӣ гуна вокуниш нишон медиҳанд.

Манбаъ хабар медиҳад, ки AVIC-IBC режими гузарои шиддат ва ҷараёни PV-ро тақрибан дар 0,02 s фурӯ нишондааст; BC гузариши дарозтари тақрибан 0,1 s нишон додааст ва INC ва P&O ларзишҳои бештар ба вуҷуд овардаанд. Барои усули пешниҳодшуда гуфта мешавад, ки қувваи фаъоли ба шабака додашуда тақрибан дар 0,06 s вокуниш нишон дода, шиддати шинаи DC дар оғоз тақрибан дар 0,06 s ва дар тағйироти баъдӣ тақрибан дар 0,02 s дубора ба ҳолати устувор баргаштааст.

Сенарияи 2: профили воқеии рӯзонаи шуоънокӣ

Маълумоти шуоънокии сенарияи дуюм синтетикӣ нест. Ченкунӣ бо сенсори шуоънокии офтобии SEM228A, ки дар боми бинои таҳқиқотии Chouaib Doukkali University Faculty of Sciences дар шаҳри El Jadida-и Марокаш насб шудааст, анҷом дода шудааст. Манбаъ мавқеъро тақрибан 33,23° N, 8,50° W медиҳад.

Профили рӯзонаи ченшуда субҳи барвақт аз тақрибан 0 W/m² оғоз шуда, тақрибан соати 12:30 ба қимати қуллаи 1040 W/m² мерасад ва баъд то охири рӯз коҳиш меёбад. Арзиши илмии ин озмоиш дар он аст, ки MPPT на танҳо нисбат ба сигналҳои идеалии зинавӣ, балки нисбат ба пайдарпаии шуоънокии дорои тағйироти воқеии атмосфера низ арзёбӣ мешавад.

Дар графикҳои манбаъ гузориш мешавад, ки AVIC-IBC MPP-ро бо ларзиши кам дар саросари шиддат ва ҷараёни PV пайгирӣ мекунад, қувваи фаъол истинодро пайгирӣ мекунад ва шинаи \(V_{dc}\) дар тӯли рӯз устувортар нигоҳ дошта мешавад. Ин профили воқеии шуоънокӣ инчунин сенарияест, ки дар арзёбии THD истифода шудааст.

Сенарияи 3: вайронии шабака бо тағйири шуоънокӣ ва ҳарорат

Дар сенарияи сеюм ҳам шуоънокӣ ва ҳам ҳарорат тағйир дода шуда, илова бар ин вайронии шабакаи давомнокиаш 250 ms, ки дар лаҳзаи t = 1 s оғоз мешавад, татбиқ шудааст. Ҳамин тавр, идоракунанда на танҳо нисбат ба тағйири муҳити тарафи PV, балки нисбат ба ҳодисаи халалдори тарафи шабакаи AC низ санҷида шудааст.

Манбаъ хабар медиҳад, ки AVIC-IBC дар шиддат ва ҷараёни PV мутобиқшавии босуръати тақрибан 0,02 s нишон дода, нисбат ба P&O, INC ва BC ларзишҳои хурдтар эҷод кардааст. Ҳангоми вайронии шабака як қисми энергияи аз PV гирифташуда аз ҷониби конденсатори шинаи DC ҷаббида шуда, пас аз вайронӣ қувваи фаъол ва шиддати шинаи DC дубора ба сатҳи истинодӣ баргардонда шудаанд.

Сенарияи 4: сояафкании қисмӣ

Дар сенарияи чорум генератори PV-и 123 kW ба се минтақаи ҷудогонаи 41 kW тақсим шуда, минтақаҳо ба сатҳҳои гуногуни шуоънокӣ дучор шудаанд. Ҳарорат дар 25 °C собит нигоҳ дошта шудааст. Ин тарҳ шароити нобаробари шуоънокиро, ки метавонад аз сояи бино, ҳаракати абр ё дигар таъсирҳои минтақавии сояафканӣ ба вуҷуд ояд, ифода мекунад.

Манбаъ мегӯяд, ки усули пешниҳодшуда дар ҳар гузариши PSC тақрибан дар 0,02 s ба нуқтаи нави корӣ расида, дар шиддат ва ҷараён ларзиши кам нишон додааст. Аз ҷиҳати қувваи фаъол ва шиддати шинаи DC устувории босуръати тақрибан 0,07 s гузориш мешавад, дар ҳоле ки дар усулҳои P&O ва INC ларзишҳои доимии бештар намоён дида мешаванд.

Маълумоти Расми 14-и манбаъ дар чор сенария

Қиматҳои мустақими Расми 14 нишон медиҳанд, ки усули пешниҳодшуда дар ҳамаи чор сенария самаранокии MPPT-и беш аз тақрибан %99,4 ва вақти пайгирии тақрибан 0,02 s додааст. Матни манбаъ нишондиҳандаи миёнаи пайгирии MPPT-и усули пешниҳодшударо %99,57 ва талафоти миёнаи қувваро %1,88 гузориш медиҳад.

Дар дохили манбаъ номувофиқии муҳими матн-график вуҷуд дорад: дар бахши натиҷаҳо барои INC ва P&O мутаносибан 0,5 s ва 0,44 s истифода шудааст, аммо қиматҳои чор сенарияи Расми 14c дар фосилаи 0,059–0,165 s дида мешаванд. Ба ҳамин монанд, дар матн талафоти миёнаи қувва барои P&O ва INC ба тартиби %11,67 ва %11,50 навишта шудааст, дар ҳоле ки тақсимоти одии сутунҳои Расми 14b нишон медиҳад, ки INC миёнаи баландтар ва P&O миёнаи пасттар дорад. Аз ин рӯ, дар ҷадвали Verianla қиматҳои мустақими Расми 14 нигоҳ дошта шуда, зиддият пинҳон карда нашудааст.

Самаранокии пайгирии MPPT чӣ гуна ҳисоб мешавад?

Манбаъ самаранокии пайгирии MPPT-ро бо таносуби интегралии зерин муайян мекунад:

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

\(P_{pv}\) қувваест, ки идоракунанда воқеан аз массиви PV гирифта метавонад; \(P_{setpoint}\) бошад истиноди идеалии ҳадди аксари қувва дар ҳамон фосилаи вақт аст. Сурат энергияи воқеан ҷамъшудаи PV ва махраҷ энергияи назариявӣ/истинодии дастрасро ифода мекунад. Аз ин рӯ, ҳар қадар таносуб ба 1 ё %100 наздик шавад, ҳамон қадар каҷнамои қувваи воқеӣ каҷнамои идеалии қувваи MPP-ро наздиктар пайгирӣ мекунад.

Ин метрика на танҳо хатои қувваро дар як лаҳза, балки фарқи энергияи дар тӯли равзанаи муайяни вақт ҷамъшударо арзёбӣ мекунад. Бинобар ин, ларзишҳои кӯтоҳмуддати гузариш, инҳирофҳои дарозмуддати ҳолати устувор ва суръати расидан ба нуқтаи нави корӣ метавонанд якҷоя ба самаранокии умумӣ таъсир расонанд.

Муқоисаи манбаъ бо усулҳои дигар дар адабиёт

Азбаски ин ҷадвал усулҳоро аз нашрияҳои гуногун ҷамъ мекунад, маънои онро надорад, ки ҳамаи сатрҳо дар як массиви PV, як профили шуоънокӣ, як протсессор ё як протоколи таҷрибавӣ чен шудаанд. Аз ин рӯ, ҷадвал муқоисаи контекстии нишондиҳандаҳои дар адабиёт гузоришшуда аст; натиҷаи як озмоиши ягонаи benchmark-и назоратшаванда нест.

Таҳрифи умумии гармоникии ҷараён

Дар сенарияи дуюм, ки профили воқеии шуоънокӣ истифода шудааст, манбаъ барои ҷараёни шабака бо AVIC-IBC %0,69 THD гузориш медиҳад. Мақола қайд мекунад, ки ин қимат аз ҳадди %5-и THD-и ҷараён, ки дар IEEE 519-2014 барои сатҳи тақсимот дода шудааст, камтар мебошад.

Оё Санҷиши Processor-in-the-Loop Озмоиши Пурраи Сахтафзорӣ Аст?

Не. Дар санҷиши Processor-in-the-Loop алгоритми идоракунанда дар микропротсессори воқеии ҳадаф дар вақти воқеӣ иҷро мешавад; аммо массиви PV, табдилдиҳандаи қувва ва тамоми шабакаи идорашаванда ҳатман стенди пурраи физикии озмоишӣ нестанд. Дар ин таҳқиқот eZdsp TMS320F28335 ҳамчун протсессори воқеӣ истифода шуда, бо модели MATLAB/Simulink дар ҳамон вақти намунагирии 10 µs муқоиса шудааст. Ин дақиқии ададӣ ва қобилияти иҷрои вақти воқеии коди дарунсохтро месанҷад; тавре муаллифон низ мегӯянд, он озмоиши пурраи сахтафзории физикиро пурра иваз намекунад.

Занҷири санҷиши PIL

Мувофиқати натиҷаҳои MIL ва PIL

Манбаъ натиҷаҳои Model-in-the-Loop (MIL) ва Processor-in-the-Loop (PIL)-ро барои сенарияи 1 ва сенарияи 2 аз рӯи қувваи PV муқоиса кардааст. Дар ҳар ду санҷиш вақти намунагирӣ 10 µs нигоҳ дошта шудааст.

Ин қиматҳои пасти инҳироф аз ҷониби манбаъ ҳамчун мувофиқати баланд байни натиҷаҳои Simulink/MIL ва PIL-и дар протсессори ҳадаф иҷрошуда тафсир шудаанд. Манбаъ инчунин хабар медиҳад, ки азбаски AVIC аз амалҳои асосии арифметикӣ ва IBC аз амалҳои маҳдуди алгебравӣ иборат аст, мураккабии ҳисоббарории идоракунанда паст аст ва вақти умумии иҷрои як даври идоракунӣ аз вақти намунагирии 10 µs камтар мемонад.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Дар модели 123 kW GTPVS ва чор сенарияи дар манбаъ санҷидашуда AVIC-IBC нисбат ба INC, P&O ва BC самаранокии баландтари MPPT ва ларзиши камтар нишон медиҳад.
• Механизми қадами тағйирёбандаи AVIC барои кам кардани созиши қадами собит байни ҳамгароии тез ва ларзиши ками ҳолати устувор тарҳрезӣ шудааст.
• Сохтори интегралӣ ва бар Lyapunov асосёфтаи IBC барои идоракунии якҷояи хатои пайгирии истиноди шиддати PV ва динамикаи хатои ҷараёни индуктор равона шудааст.
• Ҳангоми истифодаи профили воқеии шуоънокии El Jadida низ дар манбаъ ларзиши кам ва нишондиҳандаи баланди пайгирии MPP гузориш шудааст.
• Дар сенарияҳои сояафкании қисмӣ ва вайронии шабакаи 250 ms дар графикҳои манбаъ барои усули пешниҳодшуда ҳамгароии дубораи босуръат дида мешавад.
• Дар сенарияи 2 THD-и ҷараёни шабака аз ҷониби манбаъ %0,69 гузориш шудааст.
• Коди AVIC-IBC дар протсессори eZdsp TMS320F28335 дар дохили даври намунагирии 10 µs ҳамчун PIL иҷро шудааст.
• Қиматҳои MAD ва MAPD-и байни MIL ва PIL, ки дар манбаъ гузориш шудаанд, хурд мебошанд.

Умумисозиҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад

• Таҳқиқот исбот намекунад, ки AVIC-IBC дар ҳамаи низомҳои PV ва ҳамаи платформаҳои сахтафзорӣ %99,57 самаранокӣ медиҳад.
• Санҷиши PIL озмоиши нерӯгоҳи физикии пурра ё стенди воқеии электроникаи қувва нест.
• Истифодаи маълумоти воқеии шуоънокӣ маънои онро надорад, ки тамоми массиви PV ва шабака дар саҳро ба таври физикӣ санҷида шудаанд.
• Нишондиҳандаҳои усулҳои гуногуни Ҷадвали 3-и адабиёт аз як протоколи ягонаи умумии таҷрибавӣ гирифта нашудаанд.
• Таҳқиқот пиршавии дарозмуддати ҷузъҳо, садои ченкунӣ ва таъсири дарозмуддати ҳароратро ба таври таҷрибавӣ ҳал накардааст.
• Манбаъ равшан мегӯяд, ки санҷиши воқеии стенди пурраи сахтафзорӣ бояд дар оянда анҷом дода шавад.

Маҳдудиятҳои асосӣ ва кори оянда

Муҳимтарин маҳдудияти санҷиш дар он аст, ки гарчанде идоракунанда дар протсессори воқеӣ иҷро шудааст, тамоми занҷири қувваи PV дар сахтафзори воқеии физикӣ санҷида нашудааст. PIL байни коди дарунсохти идоракунӣ ва модели симулятсия пул месозад; аммо он наметавонад ҳамаи таъсирҳо, аз ҷумла талафоти воқеии коммутатсионии нимноқилҳои қувва, таҳаммулпазирии сенсорҳо, халали электромагнитӣ, рафтори ҳароратии табдилдиҳандаи воқеӣ, тағйироти импеданси воқеии шабака ва пиршавии дарозмуддати сахтафзорро танҳо худаш тасдиқ кунад.

Муаллифон пешниҳод мекунанд, ки дар кори оянда пиршавии ҷузъҳо, тағйироти дарозмуддати ҳарорат ва садои ченкунӣ омӯхта шаванд. Онҳо инчунин мегӯянд, ки озмоиши пурраи сахтафзорӣ дар стенди воқеии бар eZdsp TMS320F28335 асосёфта бояд натиҷаҳоро тасдиқ намояд.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

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

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

Corresponding author: Youssef Errami.

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

Маҷалла: Sustainability.

Ношир: MDPI, Basel, Switzerland.

Ҷилд / шумора / рақами мақола: Volume 18, Issue 2, Article 655.

DOI: 10.3390/su18020655.

Санаи ирсол: 27 ноябри 2025.

Санаи бозбинӣ: 29 декабри 2025.

Санаи қабул: 5 январи 2026.

Санаи нашр: 8 январи 2026.

Навъи манбаъ: Мақолаи таҳқиқотӣ. Таҳқиқот усули нави идоракунии MPPT-ро пешниҳод мекунад; симулятсияи MATLAB/Simulink, профили воқеан ченшудаи шуоънокӣ ва санҷиши Processor-in-the-Loop дар протсессори дарунсохтро якҷо истифода мебарад.

Доварӣ: Мақолаи таҳқиқотии рецензияшуда, ки дар маҷаллаи Sustainability нашр шудааст.

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

Пайванди расмӣ: https://doi.org/10.3390/su18020655

Маблағгузорӣ: Муаллифон хабар додаанд, ки таҳқиқот маблағгузории беруна нагирифтааст.

Дастрасии маълумот: Муаллифон мегӯянд, ки маълумоти дастгиркунандаи натиҷаҳои таҳқиқот дар дохили мақола мавҷуданд.

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон хабар додаанд, ки бархӯрди манфиатҳо вуҷуд надорад.

Кумитаи ахлоқ / ризоияти огоҳона: Татбиқ намешавад.

Саҳми муаллифон: Дар манбаъ консептуализатсия, усул ва нармафзор асосан ба Oumaima Echab; санҷиш, таҳлили формалӣ, таҳқиқ, визуализатсия, назорат ва идоракунии лоиҳа байни аъзои гурӯҳ тақсим шудаанд. Smail Sahnoun инчунин бо саҳми дарёфти маблағгузорӣ зикр шудааст. Гузориш шудааст, ки ҳамаи муаллифон нусхаи нашршударо хонда ва тасдиқ кардаанд.

Ҳудуди санҷиши илмӣ: Таҳқиқот бештар MATLAB/Simulink + маълумоти воқеии шуоънокӣ + санҷиши PIL дар протсессори воқеии ҳадаф аст, на озмоиши пурраи физикии занҷири қувваи PV. Муаллифон равшан мегӯянд, ки стенди пурраи сахтафзорӣ дар оянда зарур аст.

Ёддошти муодилаи дохили манбаъ: Дар сатри ҳосилаи \(V_{dc}\)-и Муодилаи (1) манбаъ \(C_1\)-ро истифода мекунад, дар ҳоле ки матн \(C_2\)-ро ҳамчун конденсатори баромад муайян менамояд ва дар Муодилаи (2) барои динамикаи \(V_{dc}\) аз \(C_2\) истифода мешавад. Илова бар ин, узвҳои \(\lambda\) ва \(\lambda_1\) дар гузариши Муодилаҳои (19)–(20) нишонагузории манбаъро ташкил медиҳанд, ки аз ҷиҳати алгебравӣ таваҷҷуҳ талаб мекунад. Матни Verianla ин ифодаҳоро ба ҷойи соҳиби манбаъ хомӯшона ислоҳ накардааст.

Ёддошти нишондиҳандаҳои дохили манбаъ: Вақтҳои пайгирии 0,5 s ва 0,44 s, ки дар бахши натиҷаҳо барои INC ва P&O дода шудаанд, бо қиматҳои сенариябандии Расми 14c мувофиқат намекунанд. Ба ҳамин монанд, таъйини INC/P&O дар параграфи талафоти миёнаи қувва бо сутунҳои Расми 14b баръакс менамояд. Аз ин рӯ, дар ин мақолаи Verianla қиматҳои дақиқи сенарияҳо мустақиман аз Расми 14 гирифта шуда, зиддияти дохили манбаъ алоҳида зикр шудааст.