Performance enhancement of a solar water pumping system using a new three level parallel multicellular converter topology

• Autorzy: Khaled Miloudi , Mabrouk Sellami , Tayeb Allaoui , Rafik Boukhlif , Mouloud Denai

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2021.12.02

Warianty tytułu

PL

Poprawa wydajności solarnego systemu pompowania wody przy użyciu nowej trójpoziomowej równoległej topologii wielokomórkowej konwertera

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The use of phtovoltaic energy in water pumping is an economically viable and sustainable solution to rural communities without access to the electricity grid. The aim of this paper is to improve the performance of a phtovoltaic water pumping system by using a new converter structure based on three levels parallel multicell converter. This converter is controlled by two control loops, an external control based on the SMC and FLC MPPT algorithms and an internal control of the output branch current with the hybrid control based on the Petri nets. A comparative study between the boost converter and a three-levels parallel multicellular converter with the SMC and FLC MPPT has been made, which allows us to conclude that the new structure is more advantageous than the conventional structure especially. The boost gives rise to a wide band of strong power oscillations as well as the current and a voltage of PV, which translates into a high harmonic ratio with respect to the three-level parallel multicellular converter structure.

PL

Wykorzystanie energii fotowoltaicznej do pompowania wody jest ekonomicznie opłacalnym i zrównoważonym rozwiązaniem dla społeczności wiejskich bez dostępu do sieci elektrycznej. Celem tego artykułu jest poprawa wydajności fotowoltaicznego systemu pompowania wody poprzez zastosowanie nowej struktury konwertera opartej na trójpoziomowym równoległym konwerterze wieloogniwowym. Przetwornica ta jest sterowana przez dwie pętle sterowania, sterowanie zewnętrzne oparte na algorytmach SMC i FLC MPPT oraz sterowanie wewnętrzne prądu gałęzi wyjściowego ze sterowaniem hybrydowym opartym na sieciach Petriego. Przeprowadzono badanie porównawcze pomiędzy konwerterem boost a trójpoziomowym równoległym konwerterem wielokomórkowym z SMC i FLC MPPT, co pozwala stwierdzić, że nowa konstrukcja jest szczególnie korzystniejsza niż konstrukcja konwencjonalna. Wzmocnienie powoduje powstanie szerokiego pasma silnych oscylacji mocy oraz prądu i napięcia PV, co przekłada się na wysoki współczynnik harmonicznych w stosunku do trójpoziomowej równoległej struktury wielokomórkowej przetwornic.

Słowa kluczowe

EN

water pumping; photovoltaic system; Petri net; MPPT; fuzzy logic; sliding mode; boost converter; multicellular converter

PL

pompowanie wody; system fotowoltaiczny; sieć Petriego; MPPT; fuzzy logic; tryb ślizgowy; konwerter Boost

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 97, nr 12
• Strony: 7--13
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Khaled Miloudi

• Laboratory of Energetic Engineering: Team SIMULA ENARGARIDTahri Mohamed University, Bechar, Algeria

autor

Mabrouk Sellami

• Laboratory of Energetic Engineering: Team SIMULA ENARGARIDTahri Mohamed University, Bechar, Algeria

autor

Tayeb Allaoui

• Laboratory of Energetic Engineering and Computer Engineering, Ibn Khaldoun University, Tiaret, Algeria

autor

Rafik Boukhlif

• Automation, Vision and Intelligent Control of Systems, USTO, Oran, Algeria

autor

Mouloud Denai

• School of Engineering and Computer Science, University of Hertfordshire, Hatfield, UK

Bibliografia

• [1] Elgendy, M. A., Zahawi, B., and Atkinson, D. J., “Comparison of directly connected and constant voltage controlled photovoltaic pumping systems,” IEEE Trans. Sustain. Energy, Vol. 1, No. 3, pp. 184–192, October 2010.
• [2] Raju, A. B., Ramesh Karnik, S., and Jyoti, R., “Maximum efficiency operation of a single stage inverter fed induction motor PV water pumping system,” First International Conference on Emerging Trends in Engineering and Technology, pp. 905–910, Nagur, India, 16– 18 July 2008.
• [3] Chandrasekaran, N, Ganeshprabu, G, and Thyagarajah, K., “Comparative study of photovoltaic pumping system using a DC motor and PMDC motor,” International Conference on Advances in Engineering, Science and Management (ICAESM), pp. 192–132, Nagapattinam, India, March 2012.
• [4] F.A.O. Aashoor et F. V. P. Robinson, « Maximum power point tracking of photovoltaic water pumping system using fuzzy logic controller », in Power Engineering Conference (UPEC), 2013 48th International Universities’, 2013, p. 1–5.
• [5] A. M. Sharaf and Liang Yang, “A Novel Maximum Power Tracking Controller for a Stand-alone Photovoltaic DC Motor Drive” IEEE CCECE/CCGEI, Ottawa, May 2006.
• [6] B. Belabbas, T. Allaoui, M. Tadjine, et M. Denai, « Power management and control strategies for off-grid hybrid power systems with renewable energies and storage », Energy Syst., p. 1–30, 2017.
• [7] B. Belabbas, T. Allaoui, M. Tadjine, et M. Denai, « Power Quality Enhancement in Hybrid Photovoltaic-Battery System based on three–Level Inverter associated with DC bus Voltage Control », J. Power Technol., vol. 97, no 4, p. 272–282, 2017.
• [8] Dylan D.C. Lu and Quang Ngoc Nguyen, “A Photovoltaic Panel Emulator Using A Buck-Boost DC/DC Converter and A Low Cost Micro-Controller,” Solar Energy, vol.86,no.5, pp.1477- 1484, May 2012.
• [9] B.Bai, C.Mi, andS.Gargies,“The short-time-scaletransient processes in highvoltage and highpower is olatedbidirectional DC-DC converters,”IEEETrans. Power Electron.
• [10] GE, ABB, Siemens, Ansaldo, Schneider Electric, TMEIC, Rockwell, Mitsubishi Electric.
• [11] Alexandre Leredde « Etude, commande et mise en oeuvre de nouvelles structures multiniveaux »,thése doctorat de l’université de toulouse novembre 2011.
• [12] Mathieu Morati « Contribution à l’étude et au contrôle des convertisseurs multiniveaux : application à la compensation des fours à arc », thèse doctorat de l’université de lorraine juin 2014.
• [13] H. E. A. Ibrahim et M. Ibrahim, « Comparison Between Fuzzy and P&O Control for MPPT for Photovoltaic System Using Boost Converter », J. Energy Technol. Policy, vol. 2, no 6, p. 1– 11, 2012
• [14]B. Yang et al., « Perturbation observer based fractional-order sliding-mode controller for MPPT of grid-connected PV inverters: Design and real-time implementation », Control Eng. Pract., vol. 79, p. 105–125, 2018.
• [15]Bilal Amghar, MoumenDarcherif, Jean-Pierre Barbot, Patrick Gauthier. Modeling and control of parallel multicell chopper using Petri nets. 8th Power Plant and Power System Control Symposium - PPPSC 2012, Sep 2012, Toulouse, France.
• [16]Drighiciu ” Application du formalisme réseaux de pétri pour la modélisation de systèmes hybrides” ICCPS (2007), Moldova pp. 152-155.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).