Application perturb and observe maximum power point tracking with interconnection and damping assignment passive-based control for photovoltaic system using boost converter

Abstract

The goal of this study is to enhance the efficiency and stability of MPPT in PV systems by integrating the P&O algorithm with Interconnection and Damping Assignment Passivity-Based Control (IDA-PBC). Methodology. The new MPPT P&O PBC strategy aims to extract maximum power from the PV system in order to improve its efficiency under some conditions such as the variations of the temperature, the irradiation and the load. IDA-PBC is employed to design a Lyapunov asymptotically stable controller using the Hamiltonian structural properties of the open-loop model of the system. Also, with minimization of the energy dissipation in boost converter of the PV system to illustrate the modification of energy and generate a specify duty cycle applied to the converter. The results with MATLAB clearly demonstrate the advantages of the proposed MPPT P&O PBC, showcasing its high performance in effectively reducing oscillations in various steady states of the PV system, ensuring minimal overshoot and a faster response time. Scientific novelty. Key contributions include methodological improvements such as dynamic adjustment of the cycle for boost converter and a new approach to partner selection, which significantly optimizes the algorithm’s performance. Practical value. A comparative analysis of the proposed MPPT controller against conventional algorithms shows that it offers a fast dynamic response in finding the maximum power with significantly less oscillation around the MPP. Метою дослідження є підвищення ефективності та стабільності MPPT у PV системах шляхом інтеграції алгоритму P&O з пасивним керуванням на основі міжз’єднання та призначення демпфування (IDA-PBC). Методологія. Нова стратегія MPPT P&O PBC спрямована на отримання максимальної потужності з PV системи для підвищення її ефективності в певних умовах, таких як коливання температури, випромінювання та навантаження. IDA-PBC використовується для розробки асимптотично стійкого регулятора Ляпунова з використанням гамільтонових структурних властивостей моделі системи з відкритим контуром. Також, з мінімізацією розсіювання енергії у підвищувальному перетворювачі PV системи, щоб проілюструвати зміну енергії та сформувати заданий робочий цикл, що застосовується до перетворювача. Результати, отримані в MATLAB, показали переваги запропонованої стратегії MPPT P&O PBC, демонструючи її високу ефективність щодо зниження коливань у різних стаціонарних станах PV системи, забезпечуючи мінімальне перерегулювання та швидший час відгуку. Наукова новизна. Ключові досягнення включають методологічні удосконалення, такі як динамічне налаштування циклу для підвищувального перетворювача, і новий підхід до вибору партнерів, що значно оптимізує продуктивність алгоритму. Практична цінність. Порівняльний аналіз MPPT-контролера з традиційними алгоритмами показує, що він забезпечує швидкий динамічний відгук при пошуку максимальної потужності зі значно меншими коливаннями біля MPP.