New adaptive modified perturb and observe algorithm for maximum power point tracking in photovoltaic systems with interleaved boost converter

Abstract

The goal of this work is the development and evaluation of a novel adaptive modified perturb and observe (AM-P&O) algorithm for a PV system with an interleaved boost converter. The proposed method dynamically adjusts the perturbation step size to achieve faster convergence and lessen steady-state oscillations to enhance tracking efficiency. Its performance is assessed through simulation with varying irradiance. It is then compared to traditional methods (P&O and IC) using quantitative metrics such as convergence time, oscillation magnitude, tracking efficiency, and computational cost. Methodology. The AM-P&O algorithm introduces an adaptive step size adjustment strategy, in which the perturbation magnitude is dynamically tuned according to the slope of the PV power-voltage curve. A detailed PV system and converter model was developed in MATLAB/Simulink, and simulations were performed under varying irradiance conditions. Performance metrics include tracking efficiency, convergence time, steady-state oscillation amplitude, and computational complexity. Results. The proposed AM-P&O achieves a better tracking, reduces convergence time by approximately 35 %, and decreases steady-state oscillations by nearly 90 % compared to conventional P&O. Under fast irradiance variations, the AM-P&O also demonstrates superior dynamic performance with lower computational burden compared to IC. Scientific novelty of this work lies in the adaptive perturbation mechanism, which balances fast convergence and reduced oscillations without increasing algorithmic complexity. Practical value. The AM-P&O provides a practical MPPT solution for PV systems, ensuring higher energy yield and improved stability in real-world applications, thereby supporting more efficient renewable energy integration into power networks.

Метою даної роботи є розробка та оцінка нового адаптивного модифікованого алгоритму збурення і спостереження (AM-P&O) для PV системи з підвищуючим перетворювачем з чергуванням. Запропонований метод динамічно регулює розмір кроку збурення для досягнення більш швидкої збіжності і зменшення усталених коливань для підвищення ефективності відстеження. Його продуктивність оцінюється шляхом моделювання зі змінною освітленістю. Також він порівнюється з традиційними методами (P&O та IC) з використанням кількісних метрик, таких як час збіжності, амплітуда коливань, ефективність відстеження та обчислювальні витрати. Методологія. Алгоритм AM-P&O пропонує стратегію адаптивного регулювання розміру кроку, в якій амплітуда збурення динамічно налаштовується відповідно до нахилу кривої потужності-напруги PV системи. Детальна модель PV системи та перетворювача розроблена в MATLAB/Simulink, а моделювання виконано в умовах змінної освітленості. Метрики продуктивності включають ефективність відстеження, час збіжності, амплітуду коливань і обчислювальну складність. Результати. Запропонований AM-P&O досягає кращого відстеження, скорочує час збіжності приблизно на 35 % і зменшує усталені коливання майже на 90 % у порівнянні з традиційним P&O. При швидких змінах освітленості AM-P&O також демонструє високі динамічні характеристики з меншим обчислювальним навантаженням у порівнянні з IC. Наукова новизна роботи полягає у механізмі адаптивного збурення, який забезпечує баланс між швидкою збіжністю та зниженням коливань без збільшення складності алгоритму. Практична значимість. AM-P&O пропонує практичне рішення MPPT для PV систем, забезпечуючи більше вироблення енергії та покращену стабільність у реальних умовах експлуатації, сприяючи ефективнішій інтеграції відновлюваних джерел енергії в енергомережу.