Advanced Variable Step Size Incremental Conductance–Integral Backstepping Control (AVIC-IBC), tarmoqqa ulangan fotovoltaik tizimda maksimal quvvat nuqtasini kuzatish uchun AVIC algoritmi hosil qilgan tayanch PV kuchlanishini Integral Backstepping Control yordamida DC-DC kuchaytiruvchi o‘zgartirgichning boshqaruv qonuniga aylantiradigan gibrid maksimal quvvat nuqtasini kuzatish (Maximum Power Point Tracking, MPPT) yondashuvidir. Tadqiqotda usul nominal quvvati 123 kW bo‘lgan ikki bosqichli tarmoqqa ulangan fotovoltaik tizim (Grid-Tied Photovoltaic System, GTPVS)da o‘rganilgan. Birinchi bosqich DC-DC step-up/boost o‘zgartirgich, ikkinchi bosqich esa uch fazali tarmoqqa ulangan inverterdir.

AVIC qismi PV quvvat-kuchlanish xarakteristikasining oniy qiyaligidan foydalanib, tayanch kuchlanish qadamining kattaligini ish nuqtasining maksimal quvvat nuqtasidan uzoqligiga qarab o‘zgartiradi. Ish nuqtasi maksimal quvvat nuqtasidan uzoq bo‘lganda kattaroq qadamdan foydalanib yaqinlashish tezlashtiriladi; maksimal quvvat nuqtasiga yaqinlashganda qadam kichraytirilib, barqaror holat tebranishlarini kamaytirish ko‘zda tutiladi. IBC qismi esa PV kuchlanishi AVIC hosil qilgan tayanch kuchlanishni kuzatishini ta’minlash uchun xato o‘zgaruvchilari, integral had va Lyapunov asosidagi barqarorlik shartlaridan kelib chiqib boost o‘zgartirgichning boshqaruv o‘zgaruvchisi \(\alpha\) ni hosil qiladi.

Usul MATLAB/Simulink 2020b muhitida klassik Incremental Conductance (INC), Perturb and Observe (P&O) va Backstepping Control (BC) usullari bilan taqqoslangan. To‘rtta asosiy sinov guruhi tez nurlanish o‘zgarishlari, Marokashning El Jadida shahrida haqiqiy sensor bilan o‘lchangan kunlik nurlanish profili, o‘zgaruvchan nurlanish va harorat bilan birga 250 ms davom etuvchi tarmoq nosozligi hamda uch hududli qisman soyalanish sharoitlaridan iborat. Manba taklif etilgan AVIC-IBC uchun o‘rtacha MPPT kuzatuv ko‘rsatkichini %99,57, xarakterli kuzatuv vaqtini taxminan 0,02 s va o‘rtacha quvvat yo‘qotishini taxminan %1,88 deb hisobot qiladi. Haqiqiy nurlanish profili ostida inverter tokidagi umumiy garmonik buzilish (Total Harmonic Distortion, THD) %0,69 deb berilgan.

Boshqaruvchi shuningdek eZdsp TMS320F28335 platformasida Processor-in-the-Loop (PIL) usuli bilan ishga tushirilgan. Protsessor 150 MHz da ishlagan, boshqaruv namunalash vaqti 10 µs deb belgilangan va manba har bir boshqaruv siklining hisoblash vaqti ushbu namunalash vaqtidan qisqa bo‘lganini bildirgan. Biroq PIL verifikatsiyasi boshqaruvchi kodi haqiqiy protsessorda vaqt cheklovlari ostida ishlay olishini ko‘rsatadi; bu to‘liq jismoniy PV massivi, quvvat o‘zgartirgichi va tarmoqda bajarilgan integrallashgan apparat tajribasi emas. Mualliflar ham xulosa bo‘limida haqiqiy sinov stendida to‘liq apparat verifikatsiyasi kelajakda bajarilishi kerakligini aniq ta’kidlaydi.

Tarmoqqa ulangan PV tizimlarida MPPT nega qiyinlashadi?

Fotovoltaik massivning maksimal quvvat nuqtasi doimiy emas. Quyosh nurlanishi, element harorati va ayniqsa qisman soyalanish sharoitlari o‘zgarganda PV massivining tok-kuchlanish va quvvat-kuchlanish xarakteristikalari ham o‘zgaradi. Shuning uchun MPPT boshqaruvchisi faqat mos ish nuqtasini topishi emas, balki atrof-muhit sharoitlari tez o‘zgarayotganda yangi maksimal quvvat nuqtasiga yetarlicha tez ko‘chishi va unga yetgach bu nuqta atrofida katta tebranishlar hosil qilmasligi kerak.

Manbada an’anaviy Perturb and Observe (P&O) usulini qo‘llash sodda ekani, biroq ayniqsa o‘zgaruvchan sharoitlarda maksimal quvvat nuqtasi atrofida tebranish hosil qilishi mumkinligi qayd etiladi. Incremental Conductance (INC) yondashuvi P&O ning ayrim cheklovlarini kamaytirsa-da, qadam kattaligi doimiy bo‘lganda yaqinlashish tezligi bilan barqaror holat aniqligi o‘rtasida murosa yuzaga kelishi mumkin. Qadam kichik tanlansa yangi maksimal quvvat nuqtasiga yetish sekinlashadi; katta tanlansa tebranishlar ortishi mumkin.

Tadqiqot shuningdek GWO, EAGPSO, GA, SSA, STO, HHO va boshqa populyatsiyaga asoslangan optimallashtirish usullari qisman soyalanish ostida global qidiruv qobiliyatini yaxshilashi mumkinligini, biroq ularning iterativ tuzilishi ishlov berish vaqti va xotira talabini oshirishi mumkinligini muhokama qiladi. ANN, CNN va noaniq mantiqqa asoslangan usullar ham kuchli moslashuvchanlikni ta’minlashi mumkin; buning evaziga o‘qitish ma’lumotlari, xotira va hisoblash resurslariga ehtiyoj o‘rnatilgan tizim ilovalarida muhim bo‘lib qolishi mumkin. Backstepping Control esa nochiziqli tizimlar uchun mustahkam boshqaruv doirasini taqdim etsa-da, manba klassik tuzilma barqaror holat xatolari yoki yaqinlashish muammolarini ko‘rsatishi mumkinligini bildiradi.

AVIC-IBC Gibrid MPPT Yondashuvi Nima Qiladi?

AVIC-IBC yondashuvida AVIC PV massivining o‘lchangan kuchlanishi va tokidan maksimal quvvat nuqtasiga mos keladigan \(V_{ref}\) tayanch kuchlanishini hosil qiladi; IBC esa haqiqiy \(V_{pv}\) kuchlanishini shu tayanchga yaqinlashtirish uchun boost o‘zgartirgichning \(\alpha\) boshqaruv qonunini hisoblaydi. Shu tariqa maksimal quvvat nuqtasini qidirish bilan quvvat o‘zgartirgichining nochiziqli dinamik boshqaruvi bitta boshqaruv zanjirida birlashtiriladi.

Tizimning fizik va boshqaruv arxitekturasi

PV va boost o‘zgartirgichning dinamik modeli

Manba DC-DC kuchaytiruvchi o‘zgartirgich tomonini quyidagi holat tenglamalari bilan tavsiflaydi:

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

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

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

Birinchi ifoda PV tomonidagi kondensator kuchlanishi PV massividan keladigan \(i_{pv}\) toki bilan kuchaytiruvchi o‘zgartirgich induktor toki \(i_L\) orasidagi farq orqali belgilanishini anglatadi. Ikkinchi ifoda induktor toki \(V_{pv}\), DC shina kuchlanishi \(V_{dc}\), induktivlik \(L\) va boshqaruv o‘zgaruvchisi \(\alpha\) bilan qanday o‘zgarishini ko‘rsatadi. \(\alpha\) o‘lchovsiz boshqaruv/duty o‘zgaruvchisi bo‘lib, IBC ning yakuniy chiqishidir.

Manba Tenglama (1) ning uchinchi qatorida \(dV_{dc}/dt\) uchun \(C_1\) dan foydalanadi. Shu tadqiqot \(C_1\) ni kirish, \(C_2\) ni chiqish kondensatori sifatida ta’riflaydi va quyidagi tarmoq tomoni modelida \(V_{dc}\) hosilasi uchun \(C_2\) dan foydalanadi. Verianla matni manbadagi ushbu notatsiya farqini jimlik bilan o‘zgartirmaydi.

DC-AC inverter va tarmoq tomoni modeli

Manba aylanuvchi \(dq\) koordinata tizimidagi tarmoq tomoni dinamikasini quyidagi ko‘rinishda beradi:

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

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

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

Bu yerda \(\beta_1=R_f/L_f\), \(\beta_2=\omega\) va \(\beta_3=1/L_f\) deb ta’riflangan. \(R_f\) filtr qarshiligini, \(L_f\) filtr induktivligini, \(\omega\) elektr burchak chastotasini, \(i_{dg}\) va \(i_{qg}\) esa tarmoq tokining \(dq\) o‘qi komponentlarini ifodalaydi. \(P_{out}\) kuchaytiruvchi o‘zgartirgichning chiqish quvvatidir.

Bu tenglamalarning ilmiy roli boshqaruvchi boshqarayotgan fizik tizimning vaqtga bog‘liq holat o‘zgaruvchilarini belgilashdir. AVIC faqat maksimal quvvat tayanchini hosil qilsa, IBC ning boshqaruv qonuni bevosita shu nochiziqli o‘zgartirgich dinamikasi ustiga quriladi.

AVIC o‘zgaruvchan qadam mexanizmi

AVIC klassik Incremental Conductance yondashuvidagi doimiy qadam muammosini kamaytirish uchun qadam kattaligini quvvat-kuchlanish egri chizig‘ining oniy qiyaligiga bog‘laydi. Manbada berilgan ifoda quyidagicha:

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

Formula nimani hisoblaydi? Tenglama PV ish kuchlanishida bajariladigan o‘zgarish kattaligini aniqlash uchun quvvat-kuchlanish qiyaligining mutlaq qiymatidan foydalanadi.

O‘zgaruvchilar: \(\Delta P(k)\) ketma-ket namunalar orasidagi PV quvvat o‘zgarishini; \(\Delta V(k)\) kuchlanish o‘zgarishini; \(k\) esa manbada musbat kuchaytirish sifatida ta’riflangan koeffitsiyentni ifodalaydi.

Matematik roli: \(|\Delta P/\Delta V|\) quvvat-kuchlanish qiyaligi kattaligini ifodalaydi. MPP dan uzoqda qiyalik kattalashganda qadamning kattalashishi, MPP atrofida qiyalik nolga yaqinlashganda qadamning kichrayishi ko‘zda tutiladi.

Fizik ma’nosi: Katta kuchlanish qadami qidiruv tezligini oshiradi; kichik kuchlanish qadami esa maksimal quvvat nuqtasi atrofidagi barqaror holat tebranishlarini kamaytirishni maqsad qiladi.

Talqin chegarasi: Manba bir xil \(\Delta V(k)\) belgisini tenglikning chap tomonida qadam kattaligi, kasr maxrajida esa kuchlanish farqi kontekstida ishlatadi. Bu notatsiya bu yerda manbaga mos holda saqlangan.

Integral Backstepping: birinchi kuzatuv xatosi

IBC loyihasi PV kuchlanishi bilan AVIC tayanch kuchlanishi orasidagi xatodan boshlanadi:

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

Boshqaruv maqsadi \(\delta_1\) ni nolga yaqinlashtirishdir. Xatoning hosilasiga PV tomoni dinamikasi qo‘yilganda:

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

Manba keyin doimiy xatoni bostirish uchun integral ta’sir qo‘shadi:

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

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

\(\eta\) kuchlanishni kuzatish xatosining vaqt davomida yig‘ilgan qiymatidir. Xato qisqa muddatda musbat va manfiy qiymatlar orasida almashish o‘rniga tizimli ravishda bir yo‘nalishda qolsa, integral had bu doimiy og‘ishni yig‘adi va boshqaruv qonunida ta’sirli bo‘ladi.

Birinchi Lyapunov funksiyasi

Manba barqarorlikning birinchi bosqichida quyidagi Lyapunov nomzodidan foydalanadi:

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

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

Tenglama (5) va Tenglama (7) o‘rniga qo‘yilganda:

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

Lyapunov yondashuvidagi asosiy g‘oya \(f_1\) ning musbat, energiyaga o‘xshash xato o‘lchovi bo‘lishi va tizim trayektoriyasi bo‘ylab uning hosilasi manfiy yo‘nalishda saqlanishidir. Manba shu maqsadda:

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

shartini belgilaydi. Bu yerda \(\lambda\) va \(\lambda_1\) musbat boshqaruv kuchaytirishlaridir.

Virtual induktor toki tayanchi

Tenglama (11) dan induktor toki uchun:

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

ifoda olinadi. Manba bu tuzilmani bevosita haqiqiy tok o‘rniga virtual tayanch sifatida ta’riflaydi:

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

Backstepping yondashuvida bu bosqich muhim: birinchi boshqaruv qatlamida maqsad \(\alpha\) ni bevosita hisoblash emas, balki PV kuchlanishini kerakli nuqtaga olib bora oladigan ideal/virtual induktor tokini aniqlashdir.

Ikkinchi xato o‘zgaruvchisi

Haqiqiy induktor toki bilan virtual tayanch orasidagi farq ikkinchi xato o‘zgaruvchisini hosil qiladi. Manba buni:

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

ko‘rinishida yozadi; ekvivalent ravishda \(\delta_2=i_L-i_{Lref}\).

Tenglamalar o‘rniga qo‘yilib soddalashtirilganda birinchi xato dinamikasi:

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

va birinchi Lyapunov funksiyasining hosilasi:

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

ko‘rinishiga keladi. Birinchi had xato energiyasini kamaytiruvchi yo‘nalishda. Ikkinchi ko‘ndalang had esa \(\delta_1\) bilan \(\delta_2\) ni bog‘lagani uchun ikkinchi backstepping bosqichida alohida ko‘rib chiqiladi.

Ikkinchi xato dinamikasini keltirib chiqarish

Ikkinchi xato o‘zgaruvchisining hosilasi:

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

deb yoziladi. Manba \(i_{Lref}\) hosilasini quyidagicha beradi:

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

Bu Tenglama (18) ga qo‘yilgandan so‘ng manbada:

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

ifoda beriladi. Tenglama (19) ning oxirgi hadidagi \(\lambda(V_{pv}-V_{ref})\) bilan Tenglama (20) da ko‘rinadigan \(\lambda_1\delta_1\) notatsiyasi orasida manba ichida algebraik jihatdan e’tibor talab qiladigan o‘tish bor. Bu yerda formulalar manbada bosilgan shaklda saqlangan, jimlik bilan belgi almashtirilmagan.

Ikkinchi Lyapunov funksiyasi va global xatoni kamaytirish

Manba ikkinchi xato o‘zgaruvchisini ham barqarorlik funksiyasiga qo‘shadi:

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

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

Tenglama (17) dan foydalanilganda:

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

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

olinadi. Ikkinchi qavs ham manfiy so‘ndiruvchi ko‘rinishga majburlanadi:

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

\(\lambda_2\) ham musbat kuchaytirishdir. Bu tanlov bilan maqsad ham \(\delta_1\), ham \(\delta_2\) xato o‘zgaruvchilarini nolga yaqinlashtiradigan manfiy Lyapunov hosilasini hosil qilishdir.

Boost o‘zgartirgichning yakuniy boshqaruv qonuni

Manba boost o‘zgartirgich dinamikasi va oldingi xato munosabatlarini birlashtirib avval:

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

ifodani oladi. Qayta tartiblangandan so‘ng:

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

va nihoyat boshqaruv qonuni:

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

deb yoziladi.

Formula hisoblaydigan kattalik: \(\alpha\) boost o‘zgartirgichning asosiy boshqaruv o‘zgaruvchisidir.

Boshqaruv mantiqi: \(\alpha\) faqat oniy PV kuchlanish xatosiga emas; kuchlanish xatosining integraliga, induktor toki tayanch xatosiga, PV toki o‘zgarishiga, tayanch kuchlanish hosilalariga va musbat Lyapunov kuchaytirishlariga bog‘liq.

Barqarorlik roli: Boshqaruvchi faqat maksimal quvvat nuqtasini qidirish evristikasiga tayanmaydi. IBC qismi xato dinamikalarining Lyapunov funksiyalari orqali manfiy yo‘nalishda rivojlanishini maqsad qilgan nochiziqli boshqaruv loyihasidir.

Kuchaytirishlarni tanlash: Manba \(\lambda\), \(\lambda_1\) va \(\lambda_2\) kuchaytirishlari avval Lyapunov barqarorlik shartlarini qanoatlantiradigan kichik musbat qiymatlardan boshlanganini, keyin tez dinamik javob, past ortiqcha oshish va kichik barqaror holat tebranishiga erishilguncha oshirilganini bildiradi.

Boshqaruv zanjiri bosqichma-bosqich

1. PV massivining \(V_{pv}\) kuchlanishi va \(i_{pv}\) toki o‘lchanadi.
2. PV quvvati va ketma-ket o‘zgarishlardan foydalanib AVIC ish nuqtasining MPP ga nisbatan joylashuvini baholaydi.
3. AVIC o‘zgaruvchan qadam kattaligi bilan \(V_{ref}\) kuchlanish tayanchini hosil qiladi.
4. IBC \(V_{pv}-V_{ref}\) xatosini \(\delta_1\) sifatida hosil qiladi.
5. Integral had \(\eta\) doimiy xato ma’lumotini yig‘adi.
6. Birinchi backstepping bosqichi virtual \(i_{Lref}\) induktor tokini belgilaydi.
7. Haqiqiy \(i_L\) bilan \(i_{Lref}\) farqidan \(\delta_2\) hosil qilinadi.
8. Ikkinchi Lyapunov bosqichi \(\delta_1\) va \(\delta_2\) ni birgalikda kamaytirishga qaratilgan shartni quradi.
9. Yakuniy boshqaruv qonuni \(\alpha\) hisoblanib boost o‘zgartirgichning PWM boshqaruviga qo‘llanadi.
10. PV ish kuchlanishi yangi \(V_{ref}\) ga ko‘chirilgani sari sikl yangi o‘lchovlar bilan takrorlanadi.

Tadqiqot Usuli va Natijalari

Sinovdan o‘tkazilgan GTPVS ning asosiy parametrlari

Manba boshqaruv kuchaytirishlarining fizik birliklarini alohida bermaydi; shu sababli jadvalda manbada hisobot qilingan sonli qiymatlar o‘zgartirilmasdan saqlangan.

1-ssenari: tez nurlanish o‘zgarishlari

Birinchi sinovda harorat 25 °C da doimiy saqlanib, nurlanish darajasi tez pog‘onalar bilan o‘zgartirilgan. Maqsad boshqaruvchilarning maksimal quvvat nuqtasidagi keskin o‘zgarishlarga qanday javob berishini baholashdir.

Manba AVIC-IBC PV kuchlanishi va tokidagi o‘tkinchi rejimni taxminan 0,02 s ichida bostirganini; BC taxminan 0,1 s lik uzoqroq o‘tishni ko‘rsatganini, INC va P&O esa yuqoriroq tebranishlar hosil qilganini bildiradi. Taklif etilgan usul uchun tarmoqqa berilgan aktiv quvvat taxminan 0,06 s ichida javob bergani, DC shina kuchlanishi dastlab taxminan 0,06 s va keyingi o‘zgarishlarda taxminan 0,02 s ichida qayta barqaror holatga kelgani qayd etiladi.

2-ssenari: haqiqiy kunlik nurlanish profili

Ikkinchi ssenariyning nurlanish ma’lumotlari sintetik emas. O‘lchov Marokashning El Jadida shahridagi Chouaib Doukkali University Faculty of Sciences tadqiqot binosi tomiga o‘rnatilgan SEM228A quyosh nurlanish sensori bilan bajarilgan. Manba joylashuvni taxminan 33,23° N, 8,50° W deb beradi.

O‘lchangan kunlik profil erta tongda taxminan 0 W/m² dan boshlanadi, soat 12:30 atrofida taxminan 1040 W/m² cho‘qqi qiymatiga yetadi va keyin kun oxiriga tomon kamayadi. Bu sinovning ilmiy qiymati MPPT nafaqat ideal pog‘ona signallariga, balki haqiqiy atmosfera tebranishlarini o‘z ichiga olgan nurlanish ketma-ketligiga nisbatan ham baholanishidir.

Manba grafiklarida AVIC-IBC ning PV kuchlanishi va toki bo‘ylab past tebranish bilan MPP ni kuzatishi, aktiv quvvatning tayanchni kuzatishi va \(V_{dc}\) shinasi kun davomida barqarorroq saqlanishi hisobot qilinadi. Ushbu haqiqiy nurlanish profili ayni paytda THD baholashida ishlatilgan ssenariydir.

3-ssenari: nurlanish va harorat o‘zgarishi bilan tarmoq nosozligi

Uchinchi ssenariyda nurlanish ham, harorat ham o‘zgartirilgan va qo‘shimcha ravishda t = 1 s da boshlanuvchi 250 ms davomli tarmoq nosozligi qo‘llangan. Shunday qilib boshqaruvchi faqat PV tomonidagi atrof-muhit o‘zgarishiga emas, balki AC tarmoq tomonidagi buzuvchi hodisaga qarshi ham sinalgan.

Manba AVIC-IBC PV kuchlanishi va tokida taxminan 0,02 s lik tez moslashuv ko‘rsatganini va P&O, INC hamda BC ga nisbatan kichikroq tebranishlar hosil qilganini bildiradi. Tarmoq nosozligi paytida PV dan olinayotgan energiyaning bir qismi DC shina kondensatori tomonidan yutilgani, nosozlikdan so‘ng aktiv quvvat va DC shina kuchlanishi yana tayanch darajasiga qaytarilgani ifodalanadi.

4-ssenari: qisman soyalanish

To‘rtinchi ssenariyda 123 kW lik PV generatori uchta alohida 41 kW hududga bo‘lingan va hududlar turli nurlanish darajalariga duchor qilingan. Harorat 25 °C da doimiy saqlangan. Bu tuzilma bino soyasi, bulut harakati yoki boshqa hududiy soyalanish ta’sirlari yuzaga keltirishi mumkin bo‘lgan notekis nurlanish sharoitlarini ifodalaydi.

Manbada taklif etilgan usul har bir PSC o‘tishida taxminan 0,02 s ichida yangi ish nuqtasiga yetgani, kuchlanish va tokda past tebranish ko‘rsatgani qayd etiladi. Aktiv quvvat va DC shina kuchlanishi jihatidan taxminan 0,07 s lik tez barqarorlashuv bildirilsa, P&O va INC usullarida ko‘proq aniq davomli tebranishlar kuzatiladi.

To‘rtta ssenariydagi manba 14-rasm ma’lumotlari

14-rasmdagi bevosita qiymatlar taklif etilgan usul to‘rtta ssenariyning barchasida taxminan %99,4 dan yuqori MPPT samaradorligi va taxminan 0,02 s atrofida kuzatuv vaqtini berganini ko‘rsatadi. Manba matni taklif etilgan usulning o‘rtacha MPPT kuzatuv ko‘rsatkichini %99,57 va o‘rtacha quvvat yo‘qotishini %1,88 deb hisobot qiladi.

Manba ichida muhim matn-grafik nomuvofiqligi bor: xulosa bo‘limida INC va P&O uchun mos ravishda 0,5 s va 0,44 s ifodalari ishlatilgan bo‘lsa, 14c-rasmdagi to‘rtta ssenariy qiymatlari 0,059–0,165 s oralig‘ida ko‘rinadi. Xuddi shuningdek matnda P&O va INC uchun %11,67 va %11,50 o‘rtacha quvvat yo‘qotishlari shu tartibda yozilgan, lekin 14b-rasm ustunlarining oddiy taqsimoti INC ning yuqoriroq, P&O ning esa pastroq o‘rtacha qiymatga ega ekanini ko‘rsatadi. Shu sababli Verianla jadvalida bevosita 14-rasmdagi qiymatlar saqlangan va ziddiyat yashirilmagan.

MPPT kuzatuv samaradorligi qanday hisoblanadi?

Manba MPPT kuzatuv samaradorligini quyidagi integral nisbat bilan ta’riflaydi:

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

\(P_{pv}\) boshqaruvchi PV massividan amalda ola bilgan quvvat; \(P_{setpoint}\) esa shu vaqt oralig‘idagi ideal maksimal quvvat tayanchidir. Surat amalda yig‘ilgan PV energiyasini, maxraj esa nazariy/tayanch sifatida mavjud bo‘lgan energiyani ifodalaydi. Shuning uchun nisbat 1 ga yoki %100 ga yaqinlashgani sari haqiqiy quvvat egri chizig‘i ideal MPP quvvat egri chizig‘ini yaqinroq kuzatayotgani tushuniladi.

Bu metrik faqat bitta ondagi quvvat xatosini emas, belgilangan vaqt oynasi davomida yig‘ilgan energiya farqini baholaydi. Shu bois qisqa muddatli o‘tkinchi tebranishlar, uzoq muddatli barqaror holat og‘ishlari va yangi ish nuqtasiga yetish tezligi umumiy samaradorlikka birgalikda ta’sir qilishi mumkin.

Adabiyotdagi boshqa usullar bilan manba taqqoslashi

Bu jadval turli nashrlardan olingan usullarni birlashtirgani sababli barcha qatorlar bir xil PV massivi, bir xil nurlanish profili, bir xil protsessor yoki bir xil tajriba protokoli ostida o‘lchanganini anglatmaydi. Shu sababli jadval adabiyotda xabar qilingan ko‘rsatkichlarning kontekstual taqqoslanishidir; nazorat qilinadigan yagona umumiy benchmark tajribasining natijasi emas.

Tokning umumiy garmonik buzilishi

Haqiqiy nurlanish profili ishlatilgan ikkinchi ssenariyda manba AVIC-IBC bilan tarmoq toki uchun %0,69 THD ni bildiradi. Maqola bu qiymat IEEE 519-2014 doirasida taqsimlash darajasida berilgan %5 tok THD chegarasidan past ekanini qayd etadi.

Processor-in-the-Loop Verifikatsiyasi To‘liq Apparat Tajribasimi?

Yo‘q. Processor-in-the-Loop verifikatsiyasida boshqaruvchi algoritm haqiqiy maqsad mikroprotsessorida real vaqt rejimida bajariladi; biroq boshqarilayotgan PV massivi, quvvat o‘zgartirgichi va tarmoqning barchasi jismoniy sinov stendi bo‘lishi shart emas. Ushbu tadqiqotda eZdsp TMS320F28335 haqiqiy protsessor sifatida ishlatilgan va MATLAB/Simulink modeli bilan bir xil 10 µs namunalash vaqtida taqqoslash bajarilgan. Bu o‘rnatilgan kodning sonli aniqligi va real vaqtda bajarilish imkoniyatini sinaydi; mualliflar ta’kidlaganidek, to‘liq jismoniy apparat tajribasining o‘rnini to‘liq bosa olmaydi.

PIL verifikatsiya zanjiri

MIL va PIL natijalarining mosligi

Manba 1-ssenariy va 2-ssenariy uchun Model-in-the-Loop (MIL) va Processor-in-the-Loop (PIL) natijalarini PV quvvati bo‘yicha taqqoslagan. Har ikkala verifikatsiyada ham namunalash vaqti 10 µs da saqlangan.

Bu past og‘ish qiymatlari manba tomonidan Simulink/MIL va maqsad protsessorida bajarilgan PIL natijalari orasidagi yuqori moslik sifatida talqin qilinadi. Manba shuningdek AVIC asosiy arifmetik amallardan, IBC esa cheklangan algebraik amallardan iborat bo‘lgani sababli boshqaruvchining hisoblash murakkabligi past ekanini va bir boshqaruv siklining umumiy bajarilish vaqti 10 µs namunalash vaqtidan qisqa qolganini bildiradi.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlaydigan natijalar

• Manbada sinalgan 123 kW GTPVS modeli va to‘rtta ssenariy ostida AVIC-IBC INC, P&O va BC ga qaraganda yuqoriroq MPPT samaradorligi va pastroq tebranish ko‘rsatadi.
• AVIC ning o‘zgaruvchan qadam mexanizmi tez yaqinlashish bilan past barqaror holat tebranishi o‘rtasidagi doimiy-qadam murosasini kamaytirish uchun ishlab chiqilgan.
• IBC ning integral va Lyapunov asosidagi tuzilmasi PV kuchlanish tayanchini kuzatish xatosi va induktor toki xato dinamikasini birgalikda boshqarishni maqsad qiladi.
• Haqiqiy El Jadida nurlanish profili ishlatilganda ham manbada past tebranish va yuqori MPP kuzatuv samaradorligi xabar qilingan.
• Qisman soyalanish va 250 ms lik tarmoq nosozligi ssenariylarida taklif etilgan usul manba grafiklarida tez qayta yaqinlashishni ko‘rsatadi.
• 2-ssenariyda tarmoq toki THD si manba tomonidan %0,69 deb xabar qilingan.
• AVIC-IBC kodi eZdsp TMS320F28335 protsessorida 10 µs namunalash sikli ichida PIL sifatida bajarilgan.
• MIL va PIL orasida manbada xabar qilingan MAD va MAPD qiymatlari kichik.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlamaydigan umumlashtirishlar

• Tadqiqot AVIC-IBC barcha PV tizimlarida va barcha apparat platformalarida %99,57 samaradorlik berishini isbotlamaydi.
• PIL verifikatsiyasi to‘liq masshtabli jismoniy PV stansiyasi yoki haqiqiy quvvat elektronikasi sinov stendi tajribasi emas.
• Haqiqiy nurlanish ma’lumotlaridan foydalanish PV massivi va tarmoqning barchasi dalada jismoniy ravishda sinalganini anglatmaydi.
• Adabiyot 3-jadvalidagi turli usullarning ko‘rsatkichlari yagona umumiy tajriba protokolidan olinmagan.
• Tadqiqot uzoq muddatli komponent qarishini, o‘lchash shovqinini va uzoq muddatli harorat ta’sirlarini tajribaviy ravishda hal qilmagan.
• Manba haqiqiy to‘liq apparat sinov stendi verifikatsiyasi kelajakda bajarilishi kerakligini aniq ta’kidlaydi.

Asosiy cheklovlar va kelajakdagi ish

Tadqiqotning eng muhim verifikatsiya cheklovi boshqaruvchi haqiqiy protsessorda ishga tushirilgan bo‘lsa ham, butun PV quvvat zanjiri haqiqiy jismoniy apparatda sinalmaganidir. PIL o‘rnatilgan boshqaruv kodi bilan simulyatsiya modeli o‘rtasida ko‘prik quradi; quvvat yarimo‘tkazgichlarining haqiqiy kommutatsiya yo‘qotishlari, sensor tolerantliklari, elektromagnit xalaqit, haqiqiy o‘zgartirgichning issiqlik xatti-harakati, haqiqiy tarmoq impedansi o‘zgarishlari va uzoq muddatli apparat qarishi kabi ta’sirlarning barchasini yakka o‘zi tasdiqlamaydi.

Mualliflar kelajakdagi ishda komponent qarishi, uzoq muddatli harorat o‘zgarishlari va o‘lchash shovqinini o‘rganishni taklif qiladi. Shuningdek eZdsp TMS320F28335 asosidagi haqiqiy sinov stendida to‘liq apparat tajribasi natijalarni tasdiqlashi kerakligini bildiradi.

Manba va Usul Haqida Izoh

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

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

Corresponding author: Youssef Errami.

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

Jurnal: Sustainability.

Nashriyot: MDPI, Basel, Switzerland.

Jild / son / maqola raqami: Volume 18, Issue 2, Article 655.

DOI: 10.3390/su18020655.

Yuborilgan sana: 27 noyabr 2025.

Qayta ko‘rib chiqilgan sana: 29 dekabr 2025.

Qabul qilingan sana: 5 yanvar 2026.

Nashr sanasi: 8 yanvar 2026.

Manba turi: Tadqiqot maqolasi. Tadqiqot yangi MPPT boshqaruv usulini taklif qiladi; MATLAB/Simulink simulyatsiyasi, haqiqiy o‘lchangan nurlanish profili va Processor-in-the-Loop o‘rnatilgan protsessor verifikatsiyasidan birgalikda foydalanadi.

Taqriz: Sustainability jurnalida chop etilgan taqrizdan o‘tgan tadqiqot maqolasi.

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

Rasmiy havola: https://doi.org/10.3390/su18020655

Moliyalashtirish: Mualliflar tadqiqot tashqi moliyalashtirish olmaganini bildirgan.

Ma’lumotlarning mavjudligi: Mualliflar tadqiqot natijalarini qo‘llab-quvvatlovchi ma’lumotlar maqola ichida mavjudligini bildiradi.

Manfaatlar to‘qnashuvi: Mualliflar manfaatlar to‘qnashuvi yo‘qligini bildirgan.

Etika qo‘mitasi / xabardor qilingan rozilik: Qo‘llanilmaydi.

Muallif hissalari: Manbada konseptuallashtirish, usul va dasturiy ta’minot asosan Oumaima Echab ga; verifikatsiya, formal tahlil, tadqiqot, vizuallashtirish, nazorat va loyiha boshqaruvi vazifalari jamoa a’zolari orasida taqsimlangan. Smail Sahnoun moliyalashtirishni jalb qilish hissasi bilan ham ko‘rsatilgan. Barcha mualliflar nashr etilgan versiyani o‘qib ma’qullagani xabar qilingan.

Ilmiy verifikatsiya chegarasi: Tadqiqot to‘liq jismoniy PV quvvat zanjiri tajribasidan ko‘ra MATLAB/Simulink + haqiqiy nurlanish ma’lumotlari + haqiqiy maqsad protsessorida PIL verifikatsiyasidir. Mualliflar to‘liq apparat sinov stendi kelajakda zarur ekanini aniq bildiradi.

Manba ichidagi tenglama izohi: Tenglama (1) ning \(V_{dc}\) hosilasi qatorida manba \(C_1\) dan foydalansa, matn \(C_2\) ni chiqish kondensatori deb ta’riflaydi va Tenglama (2) da \(V_{dc}\) dinamikasida \(C_2\) ishlatiladi. Bundan tashqari Tenglama (19)–(20) o‘tishidagi \(\lambda\) va \(\lambda_1\) hadlari algebraik jihatdan e’tibor talab qiladigan manba notatsiyasini yuzaga keltiradi. Verianla matni bu ifodalarni manba muallifi o‘rniga jimlik bilan tuzatmagan.

Manba ichidagi ko‘rsatkich izohi: Xulosa bo‘limida INC va P&O uchun berilgan 0,5 s va 0,44 s kuzatuv vaqtlari 14c-rasmdagi ssenariyga asoslangan qiymatlarga mos kelmaydi. Xuddi shuningdek o‘rtacha quvvat yo‘qotishi paragrafidagi INC/P&O tayinlanishi 14b-rasm ustunlari bilan teskari ko‘rinadi. Shu sababli ushbu Verianla maqolasida aniq ssenariy qiymatlari bevosita 14-rasmdan olingan va manba ichidagi ziddiyat alohida ko‘rsatilgan.