Advanced Variable Step Size Incremental Conductance–Integral Backstepping Control (AVIC-IBC), şəbəkəyə qoşulmuş fotovoltaik sistemdə maksimum güc nöqtəsini izləmək üçün AVIC alqoritminin yaratdığı istinad PV gərginliyini Integral Backstepping Control vasitəsilə DC-DC yüksəldici çeviricinin idarəetmə qanununa çevirən hibrid maksimum güc nöqtəsinin izlənməsi (Maximum Power Point Tracking, MPPT) yanaşmasıdır. Tədqiqatda üsul nominal gücü 123 kW olan iki mərhələli şəbəkəyə qoşulmuş fotovoltaik sistem (Grid-Tied Photovoltaic System, GTPVS) üzərində araşdırılmışdır. Birinci mərhələ DC-DC step-up/boost çevirici, ikinci mərhələ isə üçfazalı şəbəkəyə qoşulmuş inverterdir.

AVIC hissəsi PV güc-gərginlik xarakteristikasının ani meylindən istifadə edərək istinad gərginliyi addımının ölçüsünü iş nöqtəsinin maksimum güc nöqtəsindən uzaqlığına görə dəyişdirir. İş nöqtəsi maksimum güc nöqtəsindən uzaq olduqda daha böyük addımdan istifadə etməklə yaxınlaşma sürətləndirilir; maksimum güc nöqtəsinə yaxınlaşdıqda addım kiçildilərək sabit rejim rəqslərinin azaldılması məqsəd qoyulur. IBC hissəsi isə PV gərginliyinin AVIC tərəfindən yaradılmış istinad gərginliyini izləməsini təmin etmək üçün xəta dəyişənləri, inteqral termin və Lyapunov əsaslı sabitlik şərtlərindən çıxış edərək boost çeviricinin idarəetmə dəyişəni \(\alpha\)-nı yaradır.

Üsul MATLAB/Simulink 2020b mühitində klassik Incremental Conductance (INC), Perturb and Observe (P&O) və Backstepping Control (BC) üsulları ilə müqayisə edilmişdir. Dörd əsas sınaq qrupu sürətli şüalanma dəyişmələri, Mərakeşin El Jadida şəhərində real sensorla ölçülmüş gündəlik şüalanma profili, dəyişən şüalanma və temperaturla birlikdə 250 ms-lik şəbəkə nasazlığı və üç zonalı qismən kölgələnmə şəraitindən ibarətdir. Mənbə təklif olunan AVIC-IBC üçün orta MPPT izləmə performansını %99,57, xarakterik izləmə müddətini təxminən 0,02 s və orta güc itkisini təxminən %1,88 kimi bildirir. Real şüalanma profili altında inverter cərəyanının ümumi harmonik təhrifi (Total Harmonic Distortion, THD) %0,69 olaraq verilmişdir.

İdarəedici həmçinin eZdsp TMS320F28335 platformasında Processor-in-the-Loop (PIL) üsulu ilə işlədilmişdir. Prosessor 150 MHz-də işləmiş, idarəetmə nümunələmə müddəti 10 µs müəyyən edilmiş və mənbə hər bir idarəetmə dövrəsinin hesablama müddətinin bu nümunələmə müddətindən aşağı qaldığını bildirmişdir. Bununla belə, PIL doğrulaması idarəedici kodunun real prosessorda zaman məhdudiyyətləri daxilində işləyə bildiyini göstərir; bu, tam fiziki PV massivi, güc çeviricisi və şəbəkə üzərində həyata keçirilmiş inteqrasiya olunmuş aparat sınağı deyil. Müəlliflər də nəticə bölməsində real sınaq stendində tam aparat doğrulamasının gələcəkdə aparılmalı olduğunu açıq şəkildə bildirirlər.

Şəbəkəyə qoşulmuş PV sistemlərində MPPT niyə çətinləşir?

Fotovoltaik massivinin maksimum güc nöqtəsi sabit deyil. Günəş şüalanması, hüceyrə temperaturu və xüsusilə qismən kölgələnmə şəraiti dəyişdikcə PV massivinin cərəyan-gərginlik və güc-gərginlik xarakteristikaları da dəyişir. Buna görə MPPT idarəedicisinin yalnız uyğun iş nöqtəsini tapması deyil, ətraf mühit şəraiti sürətlə dəyişərkən yeni maksimum güc nöqtəsinə kifayət qədər tez keçməsi və çatdıqdan sonra həmin nöqtə ətrafında böyük rəqslər yaratmaması lazımdır.

Mənbədə ənənəvi Perturb and Observe (P&O) üsulunun tətbiqinin sadə olduğu, lakin xüsusilə dəyişən şəraitdə maksimum güc nöqtəsi ətrafında rəqs yarada bildiyi qeyd edilir. Incremental Conductance (INC) yanaşması P&O-nun bəzi məhdudiyyətlərini azaltsa da, sabit addım ölçüsündə yaxınlaşma sürəti ilə sabit rejim dəqiqliyi arasında kompromis yarana bilər. Addım kiçik seçildikdə yeni maksimum güc nöqtəsinə çatmaq ləngiyir; böyük seçildikdə rəqslər arta bilər.

Tədqiqat həmçinin GWO, EAGPSO, GA, SSA, STO, HHO və digər populyasiya əsaslı optimallaşdırma üsullarının qismən kölgələnmə altında qlobal axtarış qabiliyyətini yaxşılaşdıra bildiyini, lakin iterativ strukturlarının emal müddəti və yaddaş tələbatını artıra biləcəyini müzakirə edir. ANN, CNN və qeyri-səlis məntiq əsaslı üsullar da güclü uyğunlaşma təmin edə bilər; bunun müqabilində təlim verilənləri, yaddaş və hesablama resursu tələbləri quraşdırılmış sistem tətbiqlərində mühüm ola bilər. Backstepping Control qeyri-xətti sistemlər üçün möhkəm idarəetmə çərçivəsi təqdim etsə də, mənbə klassik quruluşun sabit rejim xətaları və ya yaxınlaşma problemləri göstərə biləcəyini qeyd edir.

AVIC-IBC Hibrid MPPT Yanaşması Nə Edir?

AVIC-IBC yanaşmasında AVIC, PV massivinin ölçülmüş gərginlik və cərəyanından maksimum güc nöqtəsinə uyğun \(V_{ref}\) istinad gərginliyini yaradır; IBC isə real \(V_{pv}\) gərginliyini bu istinada yaxınlaşdırmaq üçün boost çeviricinin \(\alpha\) idarəetmə qanununu hesablayır. Beləliklə, maksimum güc nöqtəsinin axtarılması ilə güc çeviricisinin qeyri-xətti dinamik idarə edilməsi vahid idarəetmə zəncirində birləşdirilir.

Sistemin fiziki və idarəetmə arxitekturası

PV və boost çeviricinin dinamik modeli

Mənbə DC-DC yüksəldici çevirici tərəfini aşağıdakı vəziyyət tənlikləri ilə təsvir edir:

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

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

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

Birinci ifadə PV tərəfindəki kondensator gərginliyinin PV massivindən gələn \(i_{pv}\) cərəyanı ilə yüksəldici çeviricinin induktor cərəyanı \(i_L\) arasındakı fərqlə müəyyən edildiyini bildirir. İkinci ifadə induktor cərəyanının \(V_{pv}\), DC şin gərginliyi \(V_{dc}\), induktivlik \(L\) və idarəetmə dəyişəni \(\alpha\) ilə necə dəyişdiyini göstərir. \(\alpha\) ölçüsüz idarəetmə/duty dəyişənidir və IBC-nin son çıxışıdır.

Mənbə Tənlik (1)-in üçüncü sətrində \(dV_{dc}/dt\) üçün \(C_1\)-dən istifadə edir. Eyni tədqiqat \(C_1\)-i giriş, \(C_2\)-ni çıxış kondensatoru kimi müəyyənləşdirir və aşağıdakı şəbəkə tərəfi modelində \(V_{dc}\) törəməsi üçün \(C_2\)-dən istifadə edir. Verianla mətni mənbədəki bu notasiya fərqini səssizcə dəyişdirmir.

DC-AC inverter və şəbəkə tərəfi modeli

Mənbə fırlanan \(dq\) koordinat sistemində şəbəkə tərəfi dinamikasını aşağıdakı formada verir:

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

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

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

Burada \(\beta_1=R_f/L_f\), \(\beta_2=\omega\) və \(\beta_3=1/L_f\) olaraq müəyyən edilmişdir. \(R_f\) filtr müqavimətini, \(L_f\) filtr induktivliyini, \(\omega\) elektrik bucaq tezliyini, \(i_{dg}\) və \(i_{qg}\) isə şəbəkə cərəyanının \(dq\) ox komponentlərini təmsil edir. \(P_{out}\) yüksəldici çeviricinin çıxış gücüdür.

Bu tənliklərin elmi rolu idarəedicinin yönəltdiyi fiziki sistemin zamandan asılı vəziyyət dəyişənlərini müəyyən etməkdir. AVIC yalnız maksimum güc istinadını yaradır, IBC-nin idarəetmə qanunu isə birbaşa bu qeyri-xətti çevirici dinamikası üzərində qurulur.

AVIC dəyişən addım mexanizmi

AVIC klassik Incremental Conductance yanaşmasının sabit addım problemini azaltmaq üçün addım ölçüsünü güc-gərginlik əyrisinin ani meyli ilə əlaqələndirir. Mənbədə verilən ifadə belədir:

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

Formula nəyi hesablayır? Tənlik PV iş gərginliyində ediləcək dəyişikliyin ölçüsünü müəyyən etmək üçün güc-gərginlik meylinin mütləq qiymətindən istifadə edir.

Dəyişənlər: \(\Delta P(k)\), ardıcıl nümunələr arasındakı PV güc dəyişikliyini; \(\Delta V(k)\), gərginlik dəyişikliyini; \(k\) isə mənbədə müsbət qazanc kimi müəyyən edilmiş əmsalı təmsil edir.

Riyazi rol: \(|\Delta P/\Delta V|\) güc-gərginlik meylinin böyüklüyünü təmsil edir. MPP-dən uzaqda meyl böyüdükdə addımın böyüməsi, MPP ətrafında meyl sıfıra yaxınlaşdıqda addımın kiçilməsi nəzərdə tutulur.

Fiziki məna: Böyük gərginlik addımı axtarış sürətini artırır; kiçik gərginlik addımı isə maksimum güc nöqtəsi ətrafındakı sabit rejim rəqslərini azaltmağı hədəfləyir.

Şərh sərhədi: Mənbə eyni \(\Delta V(k)\) simvolundan bərabərliyin sol tərəfində addım ölçüsü və kəsrin məxrəcində gərginlik fərqi kontekstində istifadə edir. Bu notasiya burada mənbəyə uyğun şəkildə qorunmuşdur.

Integral Backstepping: birinci izləmə xətası

IBC dizaynı PV gərginliyi ilə AVIC istinad gərginliyi arasındakı xəta ilə başlayır:

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

İdarəetmə məqsədi \(\delta_1\)-i sıfıra yaxınlaşdırmaqdır. Xətanın törəməsinə PV tərəfi dinamikası yerinə qoyulduqda:

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

Mənbə daha sonra sabit xətanı basdırmaq üçün inteqral təsir əlavə edir:

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

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

\(\eta\), gərginlik izləmə xətasının zaman ərzində toplanmış qiymətidir. Xəta qısamüddətli olaraq müsbət və mənfi qiymətlər arasında dəyişmək əvəzinə sistematik şəkildə bir istiqamətdə qalarsa, inteqral termin bu daimi yayınmanı toplayır və idarəetmə qanununda təsirli olur.

Birinci Lyapunov funksiyası

Mənbə ilk sabitlik addımında aşağıdakı Lyapunov namizədindən istifadə edir:

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

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

Tənlik (5) və Tənlik (7) yerinə qoyulduqda:

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

Lyapunov yanaşmasının əsas ideyası \(f_1\)-in müsbət, enerjiyə bənzər xəta ölçüsü olması və sistem trayektoriyası boyunca törəməsinin mənfi istiqamətdə saxlanılmasıdır. Mənbə bu məqsədlə:

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

şərtini müəyyən edir. Burada \(\lambda\) və \(\lambda_1\) müsbət idarəetmə qazanclarıdır.

Virtual induktor cərəyanı istinadı

Tənlik (11)-dən induktor cərəyanı üçün:

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

ifadəsi alınır. Mənbə bu strukturu birbaşa real cərəyan əvəzinə virtual istinad kimi müəyyən edir:

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

Backstepping yanaşmasında bu addım vacibdir: birinci idarəetmə qatında məqsəd birbaşa \(\alpha\)-nı hesablamaq əvəzinə, PV gərginliyini istənilən nöqtəyə daşıya biləcək ideal/virtual induktor cərəyanını müəyyən etməkdir.

İkinci xəta dəyişəni

Real induktor cərəyanı ilə virtual istinad arasındakı fərq ikinci xəta dəyişənini yaradır. Mənbə bunu:

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

şəklində yazır; ekvivalent olaraq \(\delta_2=i_L-i_{Lref}\)-dir.

Tənliklər yerinə qoyulub sadələşdirildikdə birinci xəta dinamikası:

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

və birinci Lyapunov funksiyasının törəməsi:

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

şəklini alır. Birinci termin xəta enerjisini azaldan istiqamətdədir. İkinci çarpaz termin isə \(\delta_1\) ilə \(\delta_2\)-ni bir-birinə bağladığı üçün ikinci backstepping mərhələsində ayrıca nəzərə alınır.

İkinci xəta dinamikasının çıxarılması

İkinci xəta dəyişəninin törəməsi:

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

kimi yazılır. Mənbə \(i_{Lref}\)-in törəməsini belə verir:

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

Bunun Tənlik (18)-ə yerinə qoyulmasından sonra mənbədə:

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

ifadəsi verilir. Tənlik (19)-un son terminindəki \(\lambda(V_{pv}-V_{ref})\) ilə Tənlik (20)-də görünən \(\lambda_1\delta_1\) notasiyası arasında mənbə daxilində cəbri baxımdan diqqət tələb edən keçid vardır. Burada formullar mənbədə çap edildiyi kimi qorunmuş, səssiz simvol dəyişikliyi edilməmişdir.

İkinci Lyapunov funksiyası və qlobal xəta azalması

Mənbə ikinci xəta dəyişənini də sabitlik funksiyasına əlavə edir:

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

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

Tənlik (17)-dən istifadə etməklə:

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

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

alınır. İkinci mötərizə də mənfi sönümləyici formaya məcbur edilir:

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

\(\lambda_2\) də müsbət qazancdır. Bu seçimlə məqsəd həm \(\delta_1\), həm də \(\delta_2\) xəta dəyişənlərinin sıfıra yaxınlaşmasını təmin edəcək mənfi Lyapunov törəməsi yaratmaqdır.

Boost çeviricinin son idarəetmə qanunu

Mənbə boost çevirici dinamikasını və əvvəlki xəta əlaqələrini birləşdirərək əvvəlcə:

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

ifadəsini əldə edir. Yenidən düzənləndikdən sonra:

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

və sonda idarəetmə qanunu:

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

kimi yazılır.

Formulun hesabladığı kəmiyyət: \(\alpha\), boost çeviricinin əsas idarəetmə dəyişənidir.

İdarəetmə məntiqi: \(\alpha\), yalnız ani PV gərginlik xətasından deyil; gərginlik xətasının inteqralından, induktor cərəyanı istinad xətasından, PV cərəyan dəyişikliyindən, istinad gərginliyinin törəmələrindən və müsbət Lyapunov qazanclarından asılıdır.

Sabitlik rolu: İdarəedici yalnız maksimum güc nöqtəsini axtarma evristikasına əsaslanmır. IBC hissəsi xəta dinamikasının Lyapunov funksiyaları vasitəsilə mənfi istiqamətdə inkişafını hədəfləyən qeyri-xətti idarəetmə dizaynıdır.

Qazanc seçimi: Mənbə \(\lambda\), \(\lambda_1\) və \(\lambda_2\) qazanclarının əvvəlcə Lyapunov sabitlik şərtlərini ödəyən kiçik müsbət qiymətlərdən başladıldığını, daha sonra sürətli dinamik cavab, aşağı aşma və kiçik sabit rejim rəqsinə çatana qədər artırıldığını bildirir.

İdarəetmə zənciri addım-addım

1. PV massivinin \(V_{pv}\) gərginliyi və \(i_{pv}\) cərəyanı ölçülür.
2. PV gücü və ardıcıl dəyişikliklərdən istifadə etməklə AVIC iş nöqtəsinin MPP-yə görə mövqeyini qiymətləndirir.
3. AVIC dəyişən addım ölçüsü ilə \(V_{ref}\) gərginlik istinadını yaradır.
4. IBC \(V_{pv}-V_{ref}\) xətasını \(\delta_1\) kimi formalaşdırır.
5. İnteqral termin \(\eta\), sabit xəta məlumatını toplayır.
6. Birinci backstepping mərhələsi virtual \(i_{Lref}\) induktor cərəyanını müəyyən edir.
7. Real \(i_L\) ilə \(i_{Lref}\) fərqindən \(\delta_2\) formalaşdırılır.
8. İkinci Lyapunov mərhələsi \(\delta_1\) və \(\delta_2\)-nin birlikdə azaldılmasına yönəlmiş şərti qurur.
9. Son idarəetmə qanunu \(\alpha\) hesablanaraq boost çeviricinin PWM idarəetməsinə tətbiq edilir.
10. PV iş gərginliyi yeni \(V_{ref}\)-ə daşındıqca dövrə yeni ölçmələrlə təkrarlanır.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Sınaqdan keçirilən GTPVS-in əsas parametrləri

Mənbə idarəetmə qazanclarının fiziki vahidlərini ayrıca vermir; buna görə cədvəldə mənbədə bildirilən ədədi qiymətlər dəyişdirilmədən qorunmuşdur.

Ssenari 1: sürətli şüalanma dəyişmələri

Birinci sınaqda temperatur 25 °C-də sabit saxlanılarkən şüalanma səviyyəsi sürətli pillələrlə dəyişdirilmişdir. Məqsəd idarəedicilərin maksimum güc nöqtəsindəki qəfil dəyişikliklərə necə reaksiya verdiyini qiymətləndirməkdir.

Mənbə AVIC-IBC-nin PV gərginliyi və cərəyanındakı keçid rejimini təxminən 0,02 s ərzində boğduğunu; BC-nin təxminən 0,1 s-lik daha uzun keçid göstərdiyini, INC və P&O-nun isə daha yüksək rəqslər yaratdığını bildirir. Təklif olunan üsul üçün şəbəkəyə verilən aktiv gücün təxminən 0,06 s ərzində cavab verdiyi, DC şin gərginliyinin başlanğıcda təxminən 0,06 s və sonrakı dəyişikliklərdə təxminən 0,02 s ərzində yenidən sabit rejimə gəldiyi bildirilir.

Ssenari 2: real gündəlik şüalanma profili

İkinci ssenarinin şüalanma verilənləri sintetik deyil. Ölçmə Mərakeşin El Jadida şəhərində Chouaib Doukkali University Faculty of Sciences tədqiqat binasının damında quraşdırılmış SEM228A günəş şüalanması sensoru ilə aparılmışdır. Mənbə mövqeyi təxminən 33,23° N, 8,50° W kimi verir.

Ölçülmüş gündəlik profil səhər erkən saatlarda təxminən 0 W/m²-dən başlayır, saat 12:30 ətrafında təxminən 1040 W/m² zirvə qiymətinə çatır və sonra günün sonuna doğru azalır. Bu sınağın elmi dəyəri MPPT-nin yalnız ideal pillə siqnallarına deyil, real atmosfer dalğalanmaları ehtiva edən şüalanma ardıcıllığına qarşı da qiymətləndirilməsidir.

Mənbə qrafiklərində AVIC-IBC-nin PV gərginliyi və cərəyanı boyunca aşağı rəqslə MPP-ni izləməsi, aktiv gücün istinadı izləməsi və \(V_{dc}\) şininin gün ərzində daha sabit saxlanılması bildirilir. Bu real şüalanma profili eyni zamanda THD qiymətləndirməsində istifadə olunan ssenaridir.

Ssenari 3: şüalanma və temperatur dəyişikliyi ilə şəbəkə nasazlığı

Üçüncü ssenaridə həm şüalanma, həm də temperatur dəyişdirilmiş və əlavə olaraq t = 1 s anında başlayan 250 ms müddətli şəbəkə nasazlığı tətbiq edilmişdir. Beləliklə, idarəedici yalnız PV tərəfindəki ətraf mühit dəyişikliyinə deyil, AC şəbəkə tərəfindəki pozucu hadisəyə qarşı da sınaqdan keçirilmişdir.

Mənbə AVIC-IBC-nin PV gərginliyi və cərəyanında təxminən 0,02 s-lik sürətli uyğunlaşma göstərdiyini və P&O, INC və BC ilə müqayisədə daha kiçik rəqslər yaratdığını bildirir. Şəbəkə nasazlığı zamanı PV-dən çəkilən enerjinin bir hissəsinin DC şin kondensatoru tərəfindən udulduğu, nasazlıqdan sonra aktiv güc və DC şin gərginliyinin yenidən istinad səviyyəsinə gətirildiyi ifadə olunur.

Ssenari 4: qismən kölgələnmə

Dördüncü ssenaridə 123 kW-lıq PV generatoru üç ayrı 41 kW zonaya bölünmüş və zonalar müxtəlif şüalanma səviyyələrinə məruz qoyulmuşdur. Temperatur 25 °C-də sabit saxlanılmışdır. Bu quruluş bina kölgəsi, bulud hərəkəti və ya digər regional kölgələnmə təsirlərinin yarada biləcəyi qeyri-bərabər şüalanma şəraitini təmsil edir.

Mənbədə təklif olunan üsulun hər PSC keçidində təxminən 0,02 s ərzində yeni iş nöqtəsinə çatdığı, gərginlik və cərəyanda aşağı rəqs göstərdiyi bildirilir. Aktiv güc və DC şin gərginliyi baxımından təxminən 0,07 s-lik sürətli sabitlik bildirilərkən, P&O və INC üsullarında daha aydın davamlı rəqslər görünür.

Dörd ssenaridə mənbə Şəkil 14 verilənləri

Şəkil 14-ün birbaşa qiymətləri təklif olunan üsulun dörd ssenarinin hamısında təxminən %99,4-dən yuxarı MPPT səmərəliliyi və təxminən 0,02 s ətrafında izləmə müddəti verdiyini göstərir. Mənbə mətni təklif olunan üsulun orta MPPT izləmə performansını %99,57 və orta güc itkisini %1,88 kimi bildirir.

Mənbə daxilində mühüm mətn-qrafik uyğunsuzluğu var: nəticə bölməsində INC və P&O üçün müvafiq olaraq 0,5 s və 0,44 s ifadələri istifadə olunsa da, Şəkil 14c-dəki dörd ssenari qiyməti 0,059–0,165 s aralığında görünür. Eyni şəkildə, mətndə P&O və INC üçün %11,67 və %11,50 orta güc itkiləri bu ardıcıllıqla yazıldığı halda, Şəkil 14b sütunlarının sadə paylanması INC-nin daha yüksək, P&O-nun isə daha aşağı orta qiymətə malik olduğunu göstərir. Buna görə Verianla cədvəlində birbaşa Şəkil 14 üzərindəki qiymətlər qorunmuş və ziddiyyət gizlədilməmişdir.

MPPT izləmə səmərəliliyi necə hesablanır?

Mənbə MPPT izləmə səmərəliliyini aşağıdakı inteqral nisbətlə müəyyən edir:

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

\(P_{pv}\), idarəedicinin PV massivindən faktiki çəkə bildiyi güc; \(P_{setpoint}\) isə eyni zaman intervalında ideal maksimum güc istinadıdır. Surət real toplanmış PV enerjisini, məxrəc isə nəzəri/istinad olaraq əlçatan enerjini təmsil edir. Buna görə nisbət 1-ə və ya %100-ə yaxınlaşdıqca real güc əyrisinin ideal MPP güc əyrisini daha yaxından izlədiyi anlaşılır.

Bu metrik yalnız müəyyən bir andakı güc xətasını deyil, müəyyən edilmiş zaman pəncərəsi boyunca toplanan enerji fərqini qiymətləndirir. Buna görə qısamüddətli keçid rəqsləri, uzunmüddətli sabit rejim yayınmaları və yeni iş nöqtəsinə çatma sürəti ümumi səmərəliliyə birlikdə təsir edə bilər.

Ədəbiyyatdakı digər üsullarla mənbə müqayisəsi

Bu cədvəl müxtəlif nəşrlərdən götürülmüş üsulları bir araya gətirdiyi üçün bütün sətirlərin eyni PV massivi, eyni şüalanma profili, eyni prosessor və ya eyni sınaq protokolu altında ölçüldüyü mənasına gəlmir. Buna görə cədvəl ədəbiyyatda bildirilən performansların kontekstual müqayisəsidir; nəzarətli vahid ortaq benchmark sınağının nəticəsi deyil.

Cərəyanın ümumi harmonik təhrifi

Real şüalanma profilinin istifadə olunduğu ikinci ssenaridə mənbə AVIC-IBC ilə şəbəkə cərəyanı üçün %0,69 THD bildirir. Məqalə bu qiymətin IEEE 519-2014 çərçivəsində paylayıcı səviyyədə verilən %5 cərəyan THD həddindən aşağı olduğunu qeyd edir.

Processor-in-the-Loop Doğrulaması Tam Aparat Sınağıdırmı?

Xeyr. Processor-in-the-Loop doğrulamasında idarəedici alqoritm real hədəf mikroprosessorda real vaxt rejimində icra edilir; lakin idarə olunan PV massivi, güc çeviricisi və şəbəkənin hamısının fiziki sınaq stendi olması vacib deyil. Bu tədqiqatda eZdsp TMS320F28335 real prosessor kimi istifadə edilmiş, MATLAB/Simulink modeli ilə eyni 10 µs nümunələmə müddətində müqayisə aparılmışdır. Bu, quraşdırılmış kodun ədədi dəqiqliyini və real vaxtda icra oluna bilməsini sınaqdan keçirir; müəlliflərin də qeyd etdiyi kimi, tam fiziki aparat sınağını tam əvəz etmir.

PIL doğrulama zənciri

MIL və PIL nəticələrinin uyğunluğu

Mənbə ssenari 1 və ssenari 2 üçün Model-in-the-Loop (MIL) və Processor-in-the-Loop (PIL) nəticələrini PV gücü üzrə müqayisə etmişdir. Hər iki doğrulamada nümunələmə müddəti 10 µs saxlanılmışdır.

Bu aşağı yayınma qiymətləri mənbə tərəfindən Simulink/MIL və hədəf prosessorda icra olunan PIL nəticələri arasında yüksək uyğunluq kimi şərh edilir. Mənbə həmçinin AVIC-in əsas arifmetik əməliyyatlardan və IBC-nin məhdud cəbri əməliyyatlardan ibarət olması səbəbilə idarəedicinin hesablama mürəkkəbliyinin aşağı olduğunu və bir idarəetmə dövrəsinin ümumi icra müddətinin 10 µs nümunələmə müddətindən aşağı qaldığını bildirir.

Tədqiqatın dəstəklədiyi nəticələr

• Mənbədə sınaqdan keçirilən 123 kW GTPVS modeli və dörd ssenari altında AVIC-IBC, INC, P&O və BC ilə müqayisədə daha yüksək MPPT səmərəliliyi və daha aşağı rəqs göstərir.
• AVIC-in dəyişən addım mexanizmi sürətli yaxınlaşma ilə aşağı sabit rejim rəqsi arasındakı sabit-addım kompromisini azaltmaq üçün hazırlanmışdır.
• IBC-nin inteqral və Lyapunov əsaslı quruluşu PV gərginlik istinadının izləmə xətasını və induktor cərəyanı xəta dinamikasını birlikdə idarə etməyi hədəfləyir.
• Real El Jadida şüalanma profili istifadə edildikdə də mənbədə aşağı rəqs və yüksək MPP izləmə performansı bildirilmişdir.
• Qismən kölgələnmə və 250 ms-lik şəbəkə nasazlığı ssenarilərində təklif olunan üsulun mənbə qrafiklərində sürətli yenidən yaxınlaşması görünür.
• Ssenari 2-də şəbəkə cərəyanı THD-si mənbə tərəfindən %0,69 kimi bildirilmişdir.
• AVIC-IBC kodu eZdsp TMS320F28335 prosessorunda 10 µs nümunələmə dövrəsi daxilində PIL kimi işlədilmişdir.
• MIL və PIL arasında mənbədə bildirilən MAD və MAPD qiymətləri kiçikdir.

Tədqiqatın dəstəkləmədiyi ümumiləşdirmələr

• Tədqiqat AVIC-IBC-nin bütün PV sistemlərində və bütün aparat platformalarında %99,57 səmərəlilik verəcəyini sübut etmir.
• PIL doğrulaması tammiqyaslı fiziki PV stansiyası və ya real güc elektronikası sınaq stendi təcrübəsi deyil.
• Real şüalanma verilənlərinin istifadə olunması PV massivinin və şəbəkənin hamısının sahədə fiziki olaraq sınaqdan keçirildiyi mənasına gəlmir.
• Ədəbiyyat Cədvəl 3-dəki müxtəlif üsulların performansları vahid ortaq sınaq protokolundan əldə edilməmişdir.
• Tədqiqat uzunmüddətli komponent yaşlanmasını, ölçmə səs-küyünü və uzunmüddətli temperatur təsirlərini eksperimental olaraq həll etməmişdir.
• Mənbə real tam aparat sınaq stendi doğrulamasının gələcəkdə aparılmalı olduğunu açıq şəkildə bildirir.

Əsas məhdudiyyətlər və gələcək iş

Tədqiqatın ən mühüm doğrulama məhdudiyyəti idarəedicinin real prosessorda işlədilməsinə baxmayaraq, bütün PV güc zəncirinin real fiziki aparat üzərində sınaqdan keçirilməməsidir. PIL quraşdırılmış idarəetmə kodu ilə simulyasiya modeli arasında körpü yaradır; güc yarımkeçiricilərinin real kommutasiya itkiləri, sensor tolerantlıqları, elektromaqnit müdaxilə, real çeviricinin istilik davranışı, real şəbəkə empedans dəyişmələri və uzunmüddətli aparat yaşlanması kimi təsirlərin hamısını təkbaşına doğrulamır.

Müəlliflər gələcək işdə komponent yaşlanmasının, uzunmüddətli temperatur dəyişmələrinin və ölçmə səs-küyünün araşdırılmasını təklif edirlər. Həmçinin eZdsp TMS320F28335 əsaslı real sınaq stendində tam aparat təcrübəsinin nəticələri doğrulamalı olduğunu bildirirlər.

Mənbə və Metod Qeydi

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

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

Corresponding author: Youssef Errami.

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

Jurnal: Sustainability.

Nəşriyyat: MDPI, Basel, Switzerland.

Cild / nömrə / məqalə nömrəsi: Volume 18, Issue 2, Article 655.

DOI: 10.3390/su18020655.

Təqdimetmə tarixi: 27 noyabr 2025.

Reviziya tarixi: 29 dekabr 2025.

Qəbul tarixi: 5 yanvar 2026.

Nəşr tarixi: 8 yanvar 2026.

Mənbə növü: Tədqiqat məqaləsi. Tədqiqat yeni MPPT idarəetmə üsulu təklif edir; MATLAB/Simulink simulyasiyasını, real ölçülmüş şüalanma profilini və Processor-in-the-Loop quraşdırılmış prosessor doğrulamasını birlikdə istifadə edir.

Rəyçilik: Sustainability jurnalında dərc olunmuş rəyli tədqiqat məqaləsidir.

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

Rəsmi keçid: https://doi.org/10.3390/su18020655

Maliyyələşdirmə: Müəlliflər tədqiqatın xarici maliyyə almadığını bildiriblər.

Verilənlərin əlçatanlığı: Müəlliflər tədqiqat nəticələrini dəstəkləyən verilənlərin məqalə daxilində olduğunu bildirirlər.

Maraqların toqquşması: Müəlliflər maraqların toqquşması olmadığını bildiriblər.

Etik komitə / məlumatlandırılmış razılıq: Tətbiq edilmir.

Müəllif töhfələri: Mənbədə konseptuallaşdırma, metod və proqram təminatı əsasən Oumaima Echab-a; doğrulama, formal təhlil, tədqiqat, vizuallaşdırma, nəzarət və layihə idarəetməsi vəzifələri komanda üzvləri arasında bölüşdürülmüşdür. Smail Sahnoun maliyyələşdirmənin əldə edilməsi töhfəsi ilə də göstərilmişdir. Bütün müəlliflərin dərc olunmuş versiyanı oxuyub təsdiqlədiyi bildirilmişdir.

Elmi doğrulama sərhədi: Tədqiqat tam fiziki PV güc zənciri təcrübəsindən daha çox MATLAB/Simulink + real şüalanma verilənləri + real hədəf prosessorda PIL doğrulamasıdır. Müəlliflər tam aparat sınaq stendinin gələcəkdə zəruri olduğunu açıq şəkildə bildirirlər.

Mənbədaxili tənlik qeydi: Tənlik (1)-in \(V_{dc}\) törəməsi sətrində mənbə \(C_1\)-dən istifadə etdiyi halda, mətn \(C_2\)-ni çıxış kondensatoru kimi müəyyən edir və Tənlik (2)-də \(V_{dc}\) dinamikasında \(C_2\) istifadə olunur. Bundan əlavə, Tənlik (19)–(20) keçidindəki \(\lambda\) və \(\lambda_1\) terminləri cəbri baxımdan diqqət tələb edən mənbə notasiyası yaradır. Verianla mətni bu ifadələri mənbə sahibinin əvəzinə səssizcə düzəltməmişdir.

Mənbədaxili performans qeydi: Nəticə bölməsində INC və P&O üçün verilən 0,5 s və 0,44 s izləmə müddətləri Şəkil 14c-dəki ssenari əsaslı qiymətlərlə uyğun gəlmir. Eyni şəkildə orta güc itkisi paraqrafındakı INC/P&O təyinatı Şəkil 14b sütunları ilə tərs görünür. Buna görə bu Verianla məqaləsində dəqiq ssenari qiymətləri birbaşa Şəkil 14-dən götürülmüş, mənbədaxili ziddiyyət ayrıca göstərilmişdir.