Metaheuristic optimization of PI control in coupled inductor SEPIC converter for photovoltaic applications

Abstract

Grid-connected PV systems remain essential to supply energy demands as the globe shifts its focus to renewable energy sources (RESs). Although there are many advantages to this integration, there are also a number of issues with power quality and stability at the connection points. The aim of the study is to tackle photovoltaic (PV) energy systems voltage instability poor dynamic response and to increase conversion efficiency in conventional control and converter configurations. The main objectives of the study were achieved by solving the following problems: (i) improving the DC-DC stage's voltage conversion capabilities, (ii) delivering stable DC-link voltage regulation under varied irradiance conditions, and (iii) optimizing the control system's dynamic and steady-state performance. To address these challenges, an intelligent power conversion system has been developed by combining a novel coupled inductor SEPIC (CIS) converter with an Osprey optimized algorithm-based proportional-integral (OOA-PI) controller. The most important result is that the proposed CIS-SEPIC converter and an OOA-PI Controller ensure to step up DC voltage output from the PV array while maintaining voltage stability. This controlled regulated DC output is supplied for a three-phase voltage source inverter ( -VSI) that transforms the DC power into AC power suitable for driving the connected load. The significance of the obtained results lies in improving the quality of electrical energy and reducing its losses. The system has been designed and tested using MATLAB/Simulink, offering better voltage regulation, faster transient response with low harmonic distortion AC output, and improved converter efficiency of 96% compared to the conventional method.

Sistemele fotovoltaice conectate la rețea rămân esențiale pentru satisfacerea cererii de energie, pe măsură ce lumea își îndreaptă atenția către sursele regenerabile de energie (SRE). Deși această integrare prezintă numeroase avantaje, există și o serie de probleme legate de calitatea și stabilitatea energiei electrice la punctele de conectare. Scopul principal al studiului este de a aborda provocările sistemelor de energie fotovoltaică (PV), inclusiv instabilitatea tensiunii, răspunsul dinamic slab și eficiența redusă a conversiei în configurațiile convenționale de control și convertizoare. Aceste obiective au fost atinse prin integrarea unui sistem inteligent de conversie a energiei, utilizând un convertizor SEPIC cu inductor cuplat (CIS) și un controler proporțional-integral (OOA-PI) bazat pe algoritmul optimizat Vultur pescar (Osprey). Cele mai importante rezultate constă în faptul ce convertorul CIS propus permite creșterea tensiunii de ieșire de curent constant (CC) din panoul fotovoltaic, menținând în același timp stabilitatea tensiunii. OOA folosit reglează în mod optim parametrii controlerului PI, asigurând o tensiune DC-link controlată cu precizie, reducând eroarea în stare staționară și îmbunătățind semnificativ răspunsul dinamic. Această ieșire CC controlată și reglată este furnizată unui invertor trifazic cu sursă de tensiune (VSI) care transformă energia CC în energie CA adecvată pentru alimentarea sarcinii conectate. Semnificația rezultatelor obținute constă în demonstrarea faptului că sistemul a fost proiectat și testat utilizând MATLAB/Simulink, oferind o mai bună reglare a tensiunii, un raspuns tranzitoriu mai rapid cu o distorsune armonică redusă a ieșirii de current alternativ.

Подключенные к сети фотоэлектрические системы,по-прежнему,играют важную роль в обеспечении энергетических потребностей, поскольку мир все больше ориентируется на возобновляемые источники энергии (ВИЭ). Несмотря на многочисленные преимущества такой интеграции, существует ряд проблем, связанных с качеством и стабильностью электроэнергии в точках подключения. Основная цель исследования —решить проблемы фотоэлектрических (PV) энергетических систем, включая нестабильность напряжения, плохую динамическую реакцию и низкую эффективность преобразования в традиционных конфигурациях управления и преобразователей. Эти цели были достигнуты за счет интеграции интеллектуальной системы преобразования энергии с использованием нового преобразователя напряжения со связанным индуктором (ПНСИ) и ПИ –контроллера,оптимизированного по методу Скопы. Наиболее важными результатами являются то, что предлагаемый преобразователь ПНСИпозволяетповысить выходной постоянный ток от фотоэлектрической батареи, сохраняя стабильность напряжения. Используемый алгоритм оптимизацииоптимально настраивает параметры ПИ-контроллера, обеспечивая точное управление напряжением в цепи постоянного тока, уменьшаяпостоянную погрешность и значительно улучшая динамическую реакцию. Этот регулируемый выход постоянного тока подается на трехфазный инвертор напряжения, который преобразует постоянный ток в переменный, подходящий для питания подключенной нагрузки. Значениеполученных результатов заключается в том, что система была разработана и протестирована с использованием MATLAB/Simulink, что обеспечивает лучшую регулировку напряжения, более быструю переходную характеристику с низким уровнем гармонических искажений переменного тока.