As the maximum power operating point(MPOP) of photovoltaic(PV) power generation systems changes with changing atmospheric conditions such as solar radiation and temperature, an important consideration in the design of efficient PV system is to track the MPOP correctly. Many maximum power point tracking(MPPT) techniques have been considered in the past, however, techniques using microprocessors with appropriate MPPT algorithms are favored because of their flexibility and compatibility with different PV arrays. Although the efficiency of these MPPT algorithms is usually high, it drops noticeably in case of rapidly changing atmospheric conditions. This paper proposed a new MPPT algorithm based on perturb & observe(P&O) algorithm with experiment. The results shows that the new P&O algorithm has successfully tracked the MPOP, even in case of rapidly changing atmospheric conditions, and has higher efficiency than ordinary algorithms.
As the maximum power operating point(MPOP) of Photovoltaic(PV) power generation systems changes with changing atmospheric conditions such as solar radiation and temperature, an important consideration. In the design of efficient PV system is to track the MPOP correctly. Many maximum power point tracking(MPPT) techniques have been considered in the past, however, techniques using microprocessors with appropriate MPPT algorithms are favored because of their flexibility and compatibility with different PV arrays. Although the efficiency of these MPPT algorithms is usually high, it drops noticeably in case of rapidly changing atmospheric conditions. This pager proposed a new MPPT algorithm based on perturb & observe(P&O) algorithm with experiment. The results shows that the new P&O algorithm has successfully tracked the MPOP, even in case of rapidly changing atmospheric conditions, and has higher efficiency than ordinary algorithms.
본 논문은 최대전력점 추종 제어기법의 성능 개선을 위한 독립형 태양광 발전시스템의 하이브리드 기법을 제안한다. 하나의 기법만을 사용하는 경우, 일사량 및 온도 조건에 따라 비선형적 출력특성을 갖는 태양전지의 최대출력점을 효율적으로 추종하기 어렵다. 제안한 방법은 가변 스텝 사이즈를 적용한 Perturb and Observe (P&O) 기법으로 과도상태의 추종성능을 보장하고, Incremental Conductance (InC) 기법으로 정상상태의 자려진동을 감소시켜 출력 전력의 효율을 높일 수 있다. 1.4kW 태양광 발전시스템을 모의하여 수행된 PSIM 시뮬레이션 결과로 제안한 알고리즘의 타당성을 검증하였다.
본 논문은 태양광 발전시스템에서 일사량이 급변했을 때 최대 전력점(MPP: Maximum Power Point)을 빠르게 추종할 수 있는 P&O(Perturb and Observe)기반 가변 스텝 알고리즘을 제안하였다. 제안한 기법은 일사량 또는 온도에 의해 환경 변화 시 최대 전력점에서의 전압 변화 특성을 이용하며, 가변 스텝 방식이 적용된 전압제어를 통해 MPP를 추종한다. 임계값 설정으로 일사량 급변을 판단하며, MPP를 빠르게 추종하기 위한 고속 모드로 동작한다. MPP에 도달하면 가변 모드로 전환하여 정상상태 오차를 최소화 한다. PV 시뮬레이터와 태양광 전력변환시스템을 통해 제안한 MPPT 알고리즘의 성능을 검증하였다.
This work aims to study and analyze the various operating modes of universal power converter which is powered by solar and thermoelectric generators. The proposed converter is operated in a DC-DC (buck or boost mode) and DC-AC (single phase) inverter with high efficiency. DC power sources, such as solar photovoltaic (SPV) panels, thermoelectric generators (TEGs), and Li-ion battery, are selected as input to the proposed converter according to the nominal output voltage available/generated by these sources. The mode of selection and output power regulation are achieved via control of the metal-oxide semiconductor field-effect transistor (MOSFET) switches in the converter through the modified stepped perturb and observe (MSPO) algorithm. The MSPO duty cycle control algorithm effectively converts the unregulated DC power from the SPV/TEG into regulated DC for storing energy in a Li-ion battery or directly driving a DC load. In this work, the proposed power sources and converter are mathematically modelled using the Scilab-Xcos Simulink tool. The hardware prototype is designed for 200 W rating with a dsPIC30F4011 digital controller. The various output parameters, such as voltage ripple, current ripple, switching losses, and converter efficiency, are analyzed, and the proposed converter with a control circuit operates the converter closely at 97% efficiency.
IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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제5권6호
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pp.454-461
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2016
A maximum power point tracking (MPPT) system with fast-tracked time and high power efficiency is presented in this paper. The proposed MPPT system uses an unbounded binary search (UBS) algorithm that continuously tracks the maximum power point (MPP) with a binary system to follow the MPP under rapid-weather-change conditions. The proposed algorithm can decide the correct direction of the MPPT system while comparing the previous power point with the present power point. And then, by fixing the MPP until finding the next MPP, there is no oscillation of voltage MPP, which maximizes the overall power efficiency of the photovoltaic module. With these advantages, this proposed UBS is able to detect the MPP more effectively. This MPPT system is based on a boost converter with a micro-control unit to control analog-to-digital converters and pulse width modulation. Analysis of this work and experimental results show that the proposed UBS MPPT provides fast, accurate tracking with no oscillation in situations where weather rapidly changes and shadow is caused by all sorts of things. The tracking time is reduced by 87.3% and 66.1% under dynamic-state and steady-state operation, respectively, as compared with the conventional 7-bit perturb and observe technique.
The pumping of electric power from photovoltaic (PV) farms is normally carried out using transformers, which require heavy mounting structures and are thus costly, less efficient, and bulky. Therefore, transformerless schemes are developed for the injection of power into the grid. Compared with the H4 inverter topology, the H6 topology is a better choice for pumping PV power into the grid because of the reduced common mode current. This paper presents how the perturb and observe (P&O) algorithm for maximum power point tracking (MPPT) can be implemented in the H6 inverter topology along with the improved sinusoidal current injected to the grid at unity power factor with the average current mode control technique. On the basis of the P&O MPPT algorithm, a power reference for the present insolation level is first calculated. Maintaining this power reference and referring to the AC sine wave of bus bars, a sinusoidal current at unity power factor is injected to the grid. The proportional integral (PI) controller and fuzzy logic controller (FLC) are designed and implemented. The FLC outperforms the PI controller in terms of conversion efficiency and injected power quality. A simulation in the MATLAB/SIMULINK environment is carried out. An experimental prototype is built to validate the proposed idea. The dynamic and steady-state performances of the FLC controller are found to be better than those of the PI controller. The results are presented in this paper.
Solar power generation systems require maximum power point tracking (MPPT) control to acquire maximum power using inefficient and high-cost PV modules. Most conventional MPPT algorithms are based on the slope-tracking concept. The perturb and observe (P&O) algorithm is a typical slope-tracking method. The two factors that determine the MPPT performance of P&O algorithm are the MPPT control period and the magnitude of the perturbation voltage. The MPPT controller quickly moves to the new maximum power point at insolation change when the perturbation voltage is set to large, and the error of output power will be huge in the steady state even when insolation is not changing. The dynamics of the MPPT controller can be accelerated even though the perturbation voltage is set to small when the MPPT control period is set to short. However, too short MPPT control period does not improve MPPT performance but consumes the MPPT controller resources. Therefore, analyzing the performance of the MPPT controller is necessary for actual insolation conditions in real weather environment to determine the optimum MPPT control period and the magnitude of the perturbation voltage. This study proposes an optimum MPPT control period that maximizes MPPT efficiency by measuring and analyzing actual insolation profiles in typical clear and cloudy weather in central Korea.
This paper presents a novel maximum power point tracking for a photovoltaic power (PV) system with a direct control plan. Maximum power point tracking (MPPT) must usually be integrated with photovoltaic (PV) power systems so that the photovoltaic arrays are able to deliver maximum available power. The maximum available power is tracked using specialized algorithms such as Perturb and Observe (P&O) and incremental Conductance (indCond) methods. The proposed method has the direct control of the MPPT algorithm to change the duty cycle of a dc-dc converter. The main difference of the proposed system to existing MPPT systems includes elimination of the proportional-integral control loop and investigation of the effect of simplifying the control circuit. The proposed method thus has not only faster dynamic performance but also high tracking accuracy. Without a conventional controller, this method can control the dc-dc converter. A simulation model and the direct control of MPPT algorithm for the PV power system are developed by Matlab/Simulink, SimPowerSystems and Matlab/Stateflow.
Maximum Power Point Tracking (MPPT) control needs to generate the maximum power of a tidal current turbine. A tidal current speed sensor is required to achieve effective generated power in a tidal current generation system. The most common methods used to achieve such power is the tip speed ratio of turbine and tidal current information. However, these methods have disadvantages, such as expensive installation of the tidal current sensor, parameter errors in turbine design, and different information according to the installed position of the tidal current sensor. This paper proposes a maximum power control scheme using perturb-and-observe (P&O) for tidal current generation system. The proposed P&O MPPT scheme can achieve the maximum power without tidal current sensors and turbine design parameters. The reliability and suitability of the proposed control scheme are proven through simulation and experiment results at the tidal current generation laboratory.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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