Değiştir ve gözle tabanlı yeni bir maksimum güç noktası izleme metodu geliştirilmesi ve akım kontrollü DA-DA dönüştürücü üzerinde gerçeklenmesi

Abstract

Maksimum güç noktası izleme (Maximum power point tracking, MPPT) algoritmaları, Fotovoltaik (FV) sistemlerin maksimum güç noktasında çalışabilmesi için önemli parçalarından birisidir. Kolay uygulanabilirliği ve sade yapısı dolayısıyla Değiştir ve Gözle (Perturb and observe, P&O) metodu en önemli MPPT metotlarından birisidir. P&O metodunda FV sistemin akım ve gerilimi sürekli ölçülerek, üretilen güç hesaplanmaktadır. Güçte meydana gelen değişikliğe göre kullanılan referans akım, gerilim veya anahtarlama oranı arttırılmakta ve azaltılmaktadır. Geleneksel P&O metodunda bu arttırma ve azaltma sabit bir adım değeriyle gerçekleştirilmektedir ve bu sebeple maksimum güç noktasında (Maximum power point, MPP) salınım meydana gelmesi ve MPP tarama hızı arasında ikilem oluşmaktadır. Bu çalışmada, fotovoltaik sistemlerden maksimum gücü elde edebilmek amacıyla adım büyüklüğünü otomatik olarak değiştiren P&O tabanlı bir MPPT metodu geliştirilmiş ve bir fotovoltaik sistemde deneysel olarak test edilmiştir. Önerilen çalışma, geleneksel P&O metodundan farklı olarak referans arttırım veya azaltımını, sistemden çekilen gücün zamanla değişimine bağlı bir kontrol değişkeniyle değişen adım büyüklüğü ile gerçekleştirmektedir ve bu sayede maksimum güç noktasını yakalamada yaşanılan yavaşlık sorununa ve maksimum güç noktasında meydana gelen salınımlara etkili bir çözüm önermektedir. Deneysel çalışmalar için fotovoltaik paneller, artıran DA-DA dönüştürücü ve dijital kontrolörden oluşan bir fotovoltaik sistem kurulmuştur. Fotovoltaik paneller yüksek verimlilikleri göz önünde bulundurularak monokristal panel olarak seçilmiştir. DA-DA dönüştürücü, son yıllarda yapılan çalışmalarda diğer yöntemlere üstünlüğü doğrulanmış olan akım kontrollü olacak şekilde tasarlanmıştır. Bu kontrol tekniği, iki kontrol döngüsü içermesi ve dijital olarak gerçeklenebilmesi bakımından tercih edilmiştir. Ayrıca bu teknikte sistem akım korumalı olarak tasarlanmakta ve ayrıca akım koruma devresine gerek kalmamaktadır. Önerilen algoritma ARM tabanlı STM32F4 Discovery dijital mikroişlemciye gömülmüş ve test edilmiştir. Önerilen çalışmanın belirtilen P&O problemlerine çözüm sunması ve geleneksel P&O metoduna olan üstünlükleri benzetim ve deneysel çalışma sonuçlarıyla doğrulanmıştır.

Maximum power point tracking (MPPT) is an essential part of the Photovoltaic (PV) systems to obtain the possible maximum power. Perturb and observe (P&O) is one of the most important MPPT methods because of its simplicity and ease of implementation. In the P & O method, the current and voltage of the FV system are continuously measured and the generated power is calculated. Reference current, voltage or duty cycle which is used in P&O is increased or decreased in accordance with change of power. Traditional P&O methods use a constant step size for decreasing or increasing the reference and this creates a tradeoff between fast tracking of the maximum power point (MPP) and having less oscillations around the MPP. In this study, a modified, P&O based MPPT method to obtain maximum power from the PV system by changing the step size automatically is proposed and experimentally tested in a PV system. For reference changing, unlike the traditional P&O method, proposed algorithm uses variable step sizes depending on a control variable which is selected as the rate of change of the power with time. This remedies slow tracking of the MPP and high oscillations around the MPP problems. A photovoltaic system consists of photovoltaic panels, a boost converter and a digital controller was installed for experimental studies. PV panel was chosen as monocrystalline panel considering their higher efficiency. Boost converter was designed as current mode controlled as it is the recent trend. This control technique was preferred because it contains two control loops and can be implemented digitally. In addition, no current protection circuit is needed as the system is designed to be current protected in this technique. The proposed algorithm was embedded and tested in an ARM based STM32F4 Discovery digital microprocessor. Superiority of the proposed algorithm over the conventional P&O method has been verified by simulation and experimental results.