DESIGN AND IMPLEMENTATION OF MAXIMUM POWER POINT TRACKING CONTROLLER FOR PHOTOVOLTAIC SYSTEMS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Final_Thesis_.pdf - Accepted Version Download (7MB) | Preview

Arabic Abstract

. أولا، يقترح محاكاة عامة لمجموعة من نظم الخلايا الكهروضوئيه(PV) وتطويرها في برنامج الماتلاب سيميولينك (MATLAB / SIMULINK) على أساس خمسة عوامل تعادل نموذج الدائرة الكهربائية المكافئة. تقدر قيم الخمسة معاملات المجهولة باستخدام تقنية التحسين لمؤشر ستوكاستيك. يتم تحويل مشكلة التقدير لمشكله التحسين الأمثل حيث يعمل التفاضلية المتطورة (DE) كتقنية فعالة للتحسين الأمثل لتحديد عوامل النموذج في ظروف الاختبار المعايرة (STC) فقط باستخدام البيانات المقدمة من قبل الشركة المصنعة. ويتم تحليل فعالية الطريقة المقترحة عن طريق تقدير العوامل من ستة ألواح الكهروضوئية من ثلاث تقنيات مختلفة ومقارنة منحنيات التيار الكهربي والجهد(I-V ) مع منحنيات التجريبية الواردة في البيانات التصنيعيه. ثم يتم استخدام هذه العوامل المحددة لتطوير محاكاة دقيقة للخلايا الكهروضوئيه (PV) التي هي مرنة بما فيه الكفاية لمحاكاة أي عدد من الألواح الكهروضوئية في سلسلة متصلة علي التوالي والتوازي. ويتجلى مدى متانة هذه المحاكاة المقترحة وفقا للشروط المظللة جزئيا ويتم التحقق من أدائها من خلال التواصل مع الكترونيات القدرة الفعلية ووحدة تحكم لتتبع النقطة العظمي للطاقة الكهربيه(MPPT) . ثانيا، يقترح تقديم نظام كفاءة الاستدلال العصبية الضبابي (ANFIS) و المستند علي وحدة التحكم MPPT والذي يستند إلى استخراج أقصى قدرة ممكنة من PV الخلايا الكروضوئيه تحت جميع ظروف التشغيل. وحدة تحكم MPPT المستندة إلى ANFIS المقترحة لديه القدرة على تتبع النقطة المثلى في ظل ظروف الاشعاع المتغيره سريعا مع أقل تقلبات في الحالة المستقرة. وقد تم تنفيذ محاكاة المجال الوقتي غير الخطية لتقييم فعالية وحدات تحكم المقترحة في إطار اضطرابات مختلفة ومقارنة مع أداء طريقة الموصلية التزايدية التقليدية ( (InCond. النتائج المتحصل عليها اظهرت أن ANFIS المستندة إلى وحده التحكمMPPT المقترحة لديه أداء أفضل من الناحية الديناميكية والمستقره عن الطريقة التقليدية. وأخيرا، يتم التحقيق من أدائها تجريبيا حيث يتم استغلال محاكاة رقمية للوقت الحقيقي (RTDS) لمحاكاة نظام الخلايا الشمسيه PV في الوقت الحقيقي، ويتم تطوير ANFIS المقترح القائم على وحدة تحكم MPPT في الدي سبيس DS1104. تتم مقارنة النتائج التجريبية مع تلك التي تم الحصول عليها من المحاكاة لبرنامج الماتلاب لتقييم صحة ودقة وحدة تحكم المقترحة. تظهر المحاكاة والنتائج التجريبية أن ANFIS المقترح القائم على وحدة تحكم MPPT لديه استجابة ديناميكية سريعة وأقل تقلبات في الحالة المستقر

English Abstract

In this thesis, work is done in two-fold. First, a generalized Photovoltaic (PV) array simulator is developed in MATLAB/Simulink based on the five parameters equivalent electric circuit model. The values of the five unknown parameters are estimated using a stochastic optimization technique. Estimation problem is converted into an optimization problem where Differential Evolution (DE) as an efficient optimizing technique is employed to identify the model parameters at Standard Test Condition (STC) using only the data provided by the manufacturer. The effectiveness of the proposed method is analyzed by estimating the parameters of six PV panels of three different technologies and comparing the determined I-V curves with the experimental curves given in the datasheets. These identified parameters are then used to develop a precise PV simulator which is flexible enough to simulate any number of PV panels connected in series and parallel. The robustness of the proposed simulator is demonstrated under partial shaded conditions and its performance is verified by interfacing it with an actual power electronics converter and Maximum Power Point Tracking (MPPT) controller. Second, an efficient Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS) based MPPT controller is proposed that extract maximum possible power from PV under all operating condition. The proposed ANFIS-based MPPT controller has the capacity to track the optimum point under rapidly changing irradiation conditions with less fluctuations in steady state as compared to the conventional MPPT methods. Nonlinear time domain simulations have been carried out to assess the effectiveness of the proposed controllers under different disturbances and compared with the performance of conventional Incremental Conductance (InCond) method. The obtained results demonstrate that the proposed ANFIS-based MPPT controller has better dynamic and steady state performance than the conventional method. Finally, its performance is investigated experimentally where Real Time Digital Simulator (RTDS) is utilized to simulate a PV system in real time and proposed ANFIS-based MPPT controller is developed in dSPACE DS1104. The experimental results are compared with those obtained from MATLAB simulation to assess the validity and accuracy of the proposed controller. Simulation and experimental results show that the proposed ANFIS-based MPPT has fast dynamic response and fewer fluctuations in the steady state as compare to conventional InCond method.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	Abido, Muhammad
Committee Members:	El-Amin, Ibrahim and Al-Awami, Ali
Depositing User:	SHERAZ MUHAMMAD (g201004820)
Date Deposited:	16 Jun 2013 11:02
Last Modified:	01 Nov 2019 15:38
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/138940