Passivity based control for interleaved boost single-ended primary-inductance converter for PV system

Abstract

This paper addressesthe challenges by enabling a novel Interleaved Boost-SEPIC converter (IBSC) for improving the Photovoltaic (PV) system’sperformance, controlled by a passivity-based proportional integral control strategy. The use of non-interleaved converters in PV systems leads to reduced efficiency due to challenges in controlling high-frequency switching, potentially resulting in decreased energy conversion efficiency and increased losses. Additionally, non-interleaved converters may exhibit weaker transient response characteristics, leading to slower voltage regulation and potential instability under varying load conditions. There is also a higher risk of electromagnetic interference (EMI) with non-interleaved converters, which can interfere with other electrical systems and equipment.The main objectives of the study are to improvePV system’s performance by enhancing energy conversion efficacyand to provide stable outcomes with improved transient response. These objectiveswere achieved by the proposed IBSC, controlled by a passivity-based PI controller which aims for efficient regulation of converter voltage output, ensuring high efficiency and rapid transient response. The control scheme utilizes the converter's passive features to guarantee stable operation under various operating conditions. MATLAB simulations establish the robustness of recommended control system, the most important results are rapid transient response of 0.5s, high efficiency of 91% and robust performance for the Boost-SEPIC converter in PV systems.The significance of obtained results includes improved energy conversion, stable voltage regulation and enhanced reliability.On comparison, theproposed concept outperforms conventional ones in terms of efficiency, ripple reduction and stability making it a better solution for improving PV system performance.

Această lucrare abordează provocările prin activarea unui nou convertor Interleaved Boost-SEPIC (IBSC) pentru îmbunătățirea performanței sistemelor fotovoltaice (PV), controlate printr-o strategie de control integral proporțional bazată pe pasivitate. Utilizarea convertoarelor neintercalate în sistemele fotovoltaice duce la o eficiență redusă din cauza provocărilor în controlul comutării deînaltă frecvență, ceea ce poate duce la scăderea eficienței conversiei energiei și la creșterea pierderilor. În plus, convertoarele neintercalate pot prezenta caracteristici de răspuns tranzitoriu mai slabe, ceea ce duce la o reglare mai lentă a tensiuniiși la instabilitate potențială în condiții variate de sarcină. Există, de asemenea, un risc mai mare de interferență electromagnetică (EMI) cu convertoarele neintercalate, care pot interfera cu alte sisteme și echipamente electrice. Obiectivele principaleale studiului sunt de a îmbunătăți performanța sistemelor fotovoltaice prin îmbunătățirea eficienței conversiei energiei și de a oferi rezultate stabile cu un răspuns tranzitoriu îmbunătățit. Aceste obiective au fost atinse de IBSC-ul propus, controlat deun controler PI bazat pe pasivitate, care urmărește reglarea eficientă a tensiunii de ieșire a convertorului, asigurând o eficiență ridicată și un răspuns tranzitoriu rapid. Schema de control utilizează caracteristicile pasive ale convertorului pentru a garanta o funcționare stabilă în diferite condiții de funcționare. Simulările MATLAB stabilesc robustețea sistemului de control recomandat, cele mai importante rezultate sunt răspunsul tranzitoriu rapid de 0.5 s, eficiență ridicată de 91% și performanță robustă pentru convertorul Boost-SEPIC în sistemele fotovoltaice. Semnificația rezultatelor obținute include o conversie îmbunătățită a energiei, o reglare stabilă a tensiunii și o fiabilitate sporită.

В данной статье рассматриваются проблемы, связанные с использованием нового преобразователя Interleaved Boost-SEPIC (IBSC) для повышения производительности фотоэлектрических (PV) систем, управляемого стратегией пропорционального интегрального управления наоснове пассивности. Использование преобразователей без чередования в фотоэлектрических системах приводит к снижению эффективности из-за проблем с управлением высокочастотным переключением, что может привести к снижению эффективности преобразования энергиии увеличению потерь. Кроме того, преобразователи без чередования могут демонстрировать более слабые характеристики переходного отклика, что приводит к более медленному регулированию напряжения и потенциальной нестабильности в условиях изменяющейся нагрузки. Также существует более высокий риск электромагнитных помех (EMI) с преобразователями без чередования, которые могут мешать работе других электрических систем и оборудования. Основными целями исследования являются повышение производительности фотоэлектрических систем за счет повышения эффективности преобразования энергии и обеспечение стабильных результатов с улучшенным переходным откликом. Эти цели были достигнуты с помощью предлагаемого IBSC, управляемого ПИ-регулятором на основе пассивности, который направлен на эффективное регулирование выходного напряжения преобразователя, обеспечивая высокую эффективность и быстрый переходный отклик. Схема управления использует свойства пассивностипреобразователя для обеспечения стабильной работы в различных условиях эксплуатации. Моделирование MATLAB устанавливает надежность рекомендуемой системы управления, наиболее важными результатами являются быстрый переходный отклик 0.5 с, высокая эффективность 91% и надежная работа преобразователя Boost-SEPIC в фотоэлектрических системах. Значимость полученных результатов включает улучшенное преобразование энергии, стабильное регулирование напряжения и повышенную надежность. При сравнении предлагаемая концепция превосходит существующие с точки зрения эффективности, снижения пульсаций и стабильности, что делает ее многообещающим решением для улучшения производительности фотоэлектрической системы.