Utilizing a five-level inverter for grid-connected PV systems: implementing an MPPT algorithm with super twisting sliding mode control

• Autorzy: Sobh Amine , Belabbas Belkacem , Alaoui Tayeb

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.08.43

Warianty tytułu

PL

Wykorzystanie falownika pięciopoziomowego w systemach fotowoltaicznych podłączonych do sieci: wdrażanie algorytmu MPPT ze sterowaniem w trybie Super Twisting Sliding

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This study highlights the effectiveness of a Super Twisting Sliding Mode Control (STSMC) type nonlinear controller based on Lyapunov stability to improve the ability to extract optimal power under varying weather conditions from the algorithm maximum power point tracking (MPPT). Additionally, this study investigates the benefits of using a multi-level inverter in a grid-connected photovoltaic (PV) energy conversion system. The studied system consists of a PV generator associated with a voltage rise chopper controlled by an MPPT algorithm based on the STSMC controller. Then, the energy generated by the PV system is injected into the electrical grid via a three-phase level three inverter. The results of the simulations carried out using the MATLAB/Sim software showed that the system exhibited good performance in terms of the quality of the energy generated by the PV system and the energy extraction efficiency for data variable weather.

PL

Badanie to podkreśla skuteczność nieliniowego kontrolera typu Super Twisting Sliding Mode Control (STSMC) opartego na stabilności Lapunowa w celu poprawy zdolności do wydobywania optymalnej mocy w różnych warunkach pogodowych z algorytmu śledzenia punktu maksymalnej mocy (MPPT). Ponadto w badaniu tym zbadano korzyści płynące z zastosowania falownika wielopoziomowego w podłączonym do sieci systemie konwersji energii fotowoltaicznej (PV). Badany system składa się z generatora fotowoltaicznego połączonego z czoperem wzrostu napięcia sterowanym algorytmem MPPT opartym na sterowniku STSMC. Następnie energia generowana przez system fotowoltaiczny jest wprowadzana do sieci elektrycznej za pośrednictwem trójfazowego falownika poziomu trzeciego. Wyniki symulacji przeprowadzonych z wykorzystaniem oprogramowania MATLAB/Sim wykazały, że system wykazał się dobrymi parametrami w zakresie jakości energii generowanej przez system PV oraz efektywności pozyskiwania energii dla danych o zmiennej pogodzie.

Słowa kluczowe

EN

photovoltaic energy; multilevel converter; Super Twisting Sliding Mode Controller; quality energy

PL

energia fotowoltaiczna; konwerter wielopoziomowy; kontrola trybu Super Twisting Sliding; jakość energii

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 8
• Strony: 210--214
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Sobh Amine

• Laboratory of Energy Engineering and Computer Engineering, Electrical Engineering Department, University of Tiaret, Algeria

autor

Belabbas Belkacem

• Laboratory of Energy Engineering and Computer Engineering, Electrical Engineering Department, University of Tiaret, Algeria

• https://orcid.org/0000-0001-7811-8066

autor

Alaoui Tayeb

• Laboratory of Energy Engineering and Computer Engineering, Electrical Engineering Department, University of Tiaret, Algeria

• https://orcid.org/0000-0001-9295-073X

Bibliografia

• [1] H.-L. Jou, Y.-H. Chang, J.-C. Wu, and K.-D. Wu, “Operation strategy for a lab-scale grid-connected photovoltaic generation system integrated with battery energy storage,” Energy Convers. Manag., vol. 89, pp. 197–204, Jan. 2015.
• [2] A. Hebib, T. Allaoui, A. Chaker, B. Belabbas, and M. Denai, ‘A comparative study of classical and advanced MPPT control algorithms for photovoltaic systems’,Przegląd Elektrotechniczny, vol. 96, 2020.
• [3] S. Alagammal and N. Rathina Prabha, ‘Combination of modified P&O with power management circuit to exploit reliable power from autonomous PV-battery systems’, Iran. J. Sci. Technol. Trans. Electr. Eng., vol. 45, no. 1, pp. 97–114, 2021.
• [4] S. H. Sheikh Ahmadi, M. Karami, M. Gholami, and R. Mirzaei, ‘Improving MPPT Performance in PV Systems Based on Integrating the Incremental Conductance and Particle Swarm Optimization Methods’, Iran. J. Sci. Technol. Trans. Electr. Eng., vol. 46, no. 1, pp. 27–39, 2022.
• [5] C.-M. Hong and C.-H. Chen, “Intelligent control of a gridconnected wind-photovoltaic hybrid power systems,” Int. J. Electr. Power Energy Syst., vol. 55, no. Supplement C, pp. 554–561, Feb. 2014.
• [6] A. Kchaou, A. Naamane, Y. Koubaa, and N. M’sirdi, “Second order sliding mode-based MPPT control for photovoltaic applications,” Sol. Energy, vol. 155, pp. 758–769, 2017.
• [7] 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, pp. 105–125, 2018.
• [8] M. Arsalan, R. Iftikhar, I. Ahmad, A. Hasan, K. Sabahat, and A. Javeria, “MPPT for photovoltaic system using nonlinear backstepping controller with integral action,” Sol. Energy, vol. 170, pp. 192–200, 2018.
• [9] N. Karami, N. Moubayed, and R. Outbib, “General review and classification of different MPPT Techniques,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 68, pp. 1–18, 2017.
• [10] M. Farhat, O. Barambones, and L. Sbita, “A new maximum power point method based on a sliding mode approach for solar energy harvesting,” Appl. Energy, vol. 185, pp. 11851198, 2017.
• [11] B. Belabbas, T. Allaoui, M. Tadjine, and 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, pp. 272–282, 2017.
• [12] B. Belabbas, T. Allaoui, M. Tadjine, and M. Denai, “Power management and control strategies for off-grid hybrid power systems with renewable energies and storage,” Energy Syst., pp. 1–30, 2017.
• [13] J. Li, Z. Pan, and R. Burgos, “A new control scheme of fivelevel active NPC converters for common mode voltage mitigation in medium voltage drives,” in 2014 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2014, pp. 234-241.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).