کنترل مد لغزشی برای ردیابی نقطه توان ماکزیمم پنل خورشیدی

مقدمه

همانطور که می دانیم برای عملکرد مطلوب یک سیستم هدف، روش های کنترل غیرخطی منتوعی چون کنترل منطق فازی، کنترل بر پایه شبکه عصبی، کنترل پیش گویانه، کنترل مد لغزشی، کنترل تطبیقی و … وجود دارد. در این بین، کنترل مد لغزشی (SMC)، در مقایسه با روش های کنترلی دیگر، یک رویکرد کنترلی با استحکام قابل توجه نسبت به تغییرات پارامتر داخلی و رد اختلالات خارجی می باشد. طراحی کنترل کننده مد لغزشی می تواند در دو استپ انجام شود. اول انتخاب سطح مد لغزشی است. دوم طراحی قانون کنترلی برای مجبور کردن تراژکتوری سیستم به سمت سطح لغزشی است تا اطمینان حاصل شود که تراژکتوری سیستم روی سطح لغزشی باقی می ماند. به هر حال یکی از عیب های این روش کنترلی “پدیده چترینگ” می باشد که چگونگی طراحی کنترل کننده در کاهش اثر آن بحرانی است [1].

از طرفی سیستم های خورشیدی یکی از منابع انرژی تجدیدپذیر هستند که کاربرد آنها در سراسر دنیا رو به گسترش می باشد. مهم ترین دلیل کاربرد وسیع این سیستم ها به دلیل تولید انرژی تجدیدپذیر و پاکی است که دوستدار طبیعت می باشد. از فاکتورهایی که بر عملکرد یک سیستم خورشیدی تأثیر زیادی می گذارد، می توان میزان تابش بر سطح و دمای هوا را نام برد. به علت متغیربودن این فاکتورها، عملکرد سیستم های خورشیدی ثابت نبوده و به صورت نامعین می باشد. به همین خاطر باید روشی باشد که بتوان با استفاده از آن انرژی تولیدی سیستم خورشیدی را در شرایط متغیر در حد بهینه و ماکزیمم نگه داشت. این کار با استفاده از ردیابی نقطه توان ماکزیمم انجام می شود. توضیحات این روش قبلاً در پست آشنایی با سلول های فتوولتائیک ارائه شده که شما را به آن ارجاع می دهیم. اما برای پیاده سازی آن می توان از روشهای مختلفی مثل اختلال و آشفتگی (پست معرفی به روش اختلال و آشفتگی را ملاحظه کنید)، کندوکتانس افزایشی و … استفاده کرد که هر یک مزایا و معایب خاص خود را دارند. روش دیگر روش مد لغزشی است که به عنوان یک روش کنترل غیرخطی به خوبی می تواند با نامعینی های سیستم خورشیدی سرو کار داشته باشد. در این پروژه از همین روش برای ردیابی نقطه توان ماکزیمم سیستم خورشیدی استفاده شده است.

بررسی پروژه شبیه سازی

 در این پروژه  یک پنل خورشیدی متصل شده به بار از طریق یک مبدل بوست را در نظر گرفته شده و قصد داریم با استفاده از کنترل مد لغزشی ترمینال، فرآیند ردیابی نقطه توان ماکزیمم پنل خورشیدی را از طریق طراحی بر پایه ولتاژ توان ماکزیمم (MPV) انجام داده و سیگنال مطلوب برای تحریک کلید مبدل بوست را بدست آوریم. در این روش ابتدا در حلقه اول، مرجع MPV با استفاده از روش اختلال و آشفتگی (P&O) بدست می آید. سپس با استفاده از مبدل بوست DC  به DC به عنوان مدار کنترل توان، کنترل مد لغزشی ترمینال برای هدایت سیستم به مرجع MPV در حلقه دوم استفاده می شود [2]. ساختار کلی پنل و مبدل به همراه طرح کنترلی در شکل 1 نشان داده شده است.

شکل 1) ساختار ردیابی نقطه توان ماکزیمم با استفاده از الگوریتم دو حلقه ای

برای شبیه سازی سیستم موردنظر به همراه روش کنترلی از محیط سیمولینک نرم افزار متلب استفاده می کنیم. توجه می کنیم که برای بلوک مربوط به روش اختلال و آشفتگی از مرجع [3] و برای تنظیم کنترل کننده MPV-TMSC همچنین پنل خورشیدی و مبدل بوست از اطلاعات موجود در [2] استفاده شده است. مدل شبیه سازی شده در سیمولینک در شکل 2 ارائه شده است.

شکل 2) مدل سیستم کلی به همراه روش کنترلی مورد استفاده

در ادامه تعدادی از مشخصه های خروجی شبیه سازی ارائه شده است. در شکل 3 سطح لغزش نشان داده شده که به خوبی به سطح صفر می رسد. در شکل 4 نیز مشخصات ولتاژ، جریان و توان پنل خورشیدی نشان داده شده که مطابق با [2] می باشد.

شکل 3) سطح لغزش

شکل 4) خروجی های پنل خورشیدی (ولتاژ، جریان و توان)

————————————————————————————————————————————————————–

مراجع

[1]

Q. WANG, H. YU, M. WANG and X. QI, “An improved sliding mode control using disturbance torque observer for Permanent Magnet Synchronous Motor”, IEEE Access, Vol. 7, March 2019

[2]

 Ch.-S. Chiu, Y.-L. Ouyang and Ch.-Y. Ku, “Terminal sliding mode control for maximum power point tracking of photovoltaic power generation systems”, solar energy, Vol. 86, I. 10, October 2012

[3]

 M. C. Argyrou,  P. Christodoulides and  S. A. Kalogirou, “ Modeling of a photovoltaic system with different MPPT techniques using MATLAB/Simulink”, IEEE International Energy Conference (ENERGYCON), Limassol, Cyprus , June 2018.

———————————————————————————————-

توجه: برای تهیه فایل مربوط به پروژه ردیابی نقطه توان ماکزیمم پنل خورشیدی به روش کنترل مد لغزشی می توانید از لینک خرید استفاده کنید.

———————————————————————————————–

مزایای این پروژه

1) طرح ساختار و نحوه پیاده سازی روش ردیابی نقطه توان ماکزیمم خورشیدی با کمک کنترل مد لغزشی

2) کنترل دقیق و مؤثر سیستم خورشیدی در شرایط متغیر دما و سطح تابش

3) بررسی و مقایسه فایل شبیه سازی با روش های کنترل دیگری چون اختلال و آشفتگی و ارائه گزارش پیرامون آن