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I E E EP E D S2 0 0 5

G r i d - c o n n e c t e dP h o t o v o l t a i cS y s t e mw i t hMaximumP o w e rP o i n tT r a c k i n gu s i n gS e l f - O r g a n i z i n gF u z z y

L o g i cC o n t r o l l e rN o p p a d o lK h a e h i n t u n g 1 ,C h a i b o o nK a n g s a j i a n 1a n dP h a o p h a kS i r i s u k 2 A n a t a w a tK u n a k o r nD e p t .o fC o n t r o la n dI n s t r u m e n t a t i o nE n g i n e e r i n g , 2D e p t .o f C o m p u t e rE n g i n e e r i n gD e p t .o fP o w e rE n g i n e e r i n g ,F a c u l t yo fE n g i n e e r i n g

F a c u l t yo fE n g i n e e r i n g ,M a h a n a k o r nU n i v e r s i t yo fTe c h n o l o g y K i n gM o n g k u t ' sI n s t i t u t eo fTe c h n o l o g yB a n g k o k ,THAILAND L a d k r a b a n g ,B a n g k o k ,T H A I L A N D

n o p p a d o l @ m u t .a c .t h ,c h a i b o o n @ m u t .a c .t h ,m a n o p @ m u t .a c .t h ,p h a o p h a k I m n u t .a c .t h K k a n a n t a @ k m i t l .a c .t hA b s t r a c t -T h i sp a p e rp r e s e n t st h ed e s i g no f a c o nt r o l l e r f ort h e s y s t e mi sp r e s e n t e di n[ 4 ] ,w h e r et h ea d a p t a b i l i t yo fMPPTh a smaximump o w e rp o i n tt r a c k i n go fa g r i d - c o n n e c t e dp h o t o v o l t a i cb e e ne m p h a s i z e d .e n e r g yc o n v e r s i o ns y s t e m .A b o o s tc o n v e r t e ri su s e di nt h es y s t e mt od e l i v e rt h eo u t p u tf r o mt h es o l a ra r r a yt oDC-ACi n v e r t e r ,a n d R e c e n t l y ,v a i o u sM p P Tt e c h n i q u e sh a v eb e e np r o p o s e df o rf e e dt h ep o w e ri n t ot h eACg r i d .A s e l f - o r g a n i z i n gf u z z yl o g i c s t a n d - a l o n ePV a p p l i c a t i o n sr a n g i n gf r o ma f u z z yl o g i cc o n t r o l l e ri s i n t r o d u c e df o rt h et r a c k i n ga l g o r i t h m .T h ed u t y c o n t r o l l e r( F L C )[ 5 ]o r a n i m p l e m e n t e dL o o k - U pTa b l e( L U T )r a t i of o rt h eo p e r a t i o no f t h eb o o s tc o n v e r t e ri s o p t i m a l l yf o rFLC o n a l o w - c o s tR I S C - m i c r o c o n t r o l l e r[ 6 ] ,t o morea d j u s t e di ns u c ha w a yt h a tt h emaximump o w e rp o i n t ,w h i c h s o p h i s t i c a t e da d a p t i v en e u r a lf u z z yi n f e r e n c es y s t e m( A N F I S )n o r m a l l yv a r i e sa c c o r d i n gt ot h ee n v i r o n m e n t ,c a nb e a c h i e v e d .[ 7 ] .I t h a sb e e ns h o w nt h a tp e r f o r m a n c eo f t h eMPPTu s i n gWed e m o n s t r a t ev i at h es i m u l a t d o nr e s u l t st h a to u r p r o p o s e dA F L C ,FLCo rA N F I So u t - p e r f o r m st h ec o n v e n t i o n a lMPPTt e c h n i q u eo u t p e r f o r m so v e rt h e c o n v e n t i o n a lf u z z yl o g i c c o n t r o l l e ri n t e r m so f t r a c k i n gs p e e da n d a c c u r a c y[ 7 ] .c o n t r o l l e ri n t e r m so ft r a c k i n gs p e e da n d t r a n s i e n tr e s p o n s e .N o n e t h e l e s s ,t h e yr e q u i r e ar e l a t i v e l yh i g hp e r f o n n a n c eF u r t h e r m o r e ,t h ea l g o r i t h mi m p l e m e n t a t i o nc a nb e d o n eu s i n ga p r o c e s s o ra n dm a yn o tb e a p p r o p r i a t ef o rm a n ya p p l i c a t i o nl o o k - u pt a b l e ,h e n c ea h i g h - p e r f o r m a n c e ,c o s t - e f f e c d v er e a l - t i m ew h e r ec o s ti sap r i m ec o n c e m .maximump o w e rp o i n tt r a c k i n gc a nb es i m p l yr e a l i z e d .

A S e l f - O r g a n i z i n gF u z z yL o g i cC o n t r o l l e r( S O F L C )K e y w o r d s - c o m p o n e n t ;g r i d - c o n n e c t e dp h o t o v o l t a i ce n e r g yo r i g i n a l l yp r o p o s e di n [ 8 ]c a n a l s ob e e m p l o y e df o rM P P T .

c o n v e r s i o ns y s t e m ,m a x i m u mp o w e rp o i n tt r a c k i n g ,s e l f - o rg a n i z i n gW i t ht h et e r m' s e l f - o r g a n i z i n g ' ,i tm e a n st h a tt h ec o n t r o l l e rc a nf u z z yl o g i cc o n t r o l l e r r e c u r s i v e l ya d j u s ti t sa s s o c i a t e df u z z yr u l ei na c c o r d a n c ew i t h

t h ed e s i r e dr e s p o n s e[ 9 ] .T h et e c h n i q u ei sr e l a t i v e l ys i m p l ea n dI . I N T R O D U C T I O N c a n b e e f f i c i e n t l yr e a l i z e db yL U T To ff e r i nga c o s t - e f f e c t i v e

s o l u t i o nt oh a r d w a r ei m p l e m e n t a t i o n .D u et o t h el i m i t e ds u p p l yo f f o s s i l - b a s e de n e r g y,o u rc o m m u n i t yh a sb e e ns e a r c h i n gf o ra l t e r n a t i v ee n e r g yr e s o u r c e s . I nt h i sp a p e r ,t h eMPPTc o n tr o ll e r f o ra g r i d - c o n n e c t e dPVAmongt h o s e ,s o l a r" p h o t o v o l t a i c "( P V )e n e r g yi s a s t r o n g s y s t e mu s i n gSOFLCi s p r e s e n t e d .I t i s a i m e df o ra h i g hc a n d i d a t ei n m a n yc o u n t r i e sw h e r ea s o l a rp o w e rd e n s i t yi s p e r f o r m a n c es y s t e mt h a t i s c o s t - e f f e c t i v ea n d e a s yt or e l a t i v e l yh i g h .T h et e r mp h o t o v o l t a i cr e f e r st oa p h e n o m e n o ni m p l e m e n t ,e s p e c i a l l yf o rr e a l - t i m ea p p l i c a t i o n .T h er e m a i n - i n gt h a td e s c r i b e st h ec o n v e r s i o no fs u n l i g h ti n t oe l e c t r i c i t ye n e r g yo ft h ep a p e ri s o r g a n i z e da sf o l l o w s .I nS e c t i o nI I ,t h eg r i d -i na s o l a rce l l[ 1 ] .G e n e r a l l y,p e r f o r m a n c eo fa p h o t o v o l t a i c -c o n n e c t e dPVs y s t e mi si n t r o d u c e d .T h em a t h e m a t i c a lm o d e l sb a s e ds y s t e mh e a v i l yd e p e n d su p o n t h e c a p a b i l i t i e st o o fPV a r r a ya r ef o n n u l a t e di nS e c t i o nI I I .I nS e c t i o nI V ,t h ed e t e r m i n ea n o p t i m a lo p e r a t i n gp o i n to ft h es o l a ra r r a ya t s y s t e mc o n t r o l l e ri sp r o p o s e d .S i m u l a t i o n sa r et h e np r e s e n t e dw h i c ht h em a x i m u mp o w e rc a nb e d r a w nf o ra n yg i v e nl o a d . i nS e c t i o nV .F i n a l l y,c o n c l u s i o ni sd r a w ni nS e c t i o nV I .U n d e ra c e r t a i nt e m p e r a t u r ea n dl i g h ti n t e n s i t y,t h e r ei so n l yo n es i n g l em a x i m u m - p o w e rp o i n ti na n o r m a lc e l l .T h e r e f o r e , I I . G R I D - C O N N E C T E DPVS Y S T E Mm a x i m u mp o w e rp o i n tt r a c k i n g( M P P T )o f t h es o l a rc e l li se s s e n t i a la sf a ra st h es y s t e me f f i c i e n c yi sc o n c e m e d . T h ep r o p o s e dg r i d - c o n n e c t e dPVs y s t e mi sd e p i c t e di nF i g .

1 .I tc o m p r i s e so fa PVa r r a y,DC-DCb o o s tc o n v e r t e ra n dD C -

C u r r e n t l y,a g r i d - c o n n e c t e dPV s y s t e mh a sr e c e i v e dA C i n v e r t e r.T h eMPPTu s i n gSOFLCi s e m p l o y e df o rt h ec o n s i d e r a b l ea t t e n t i o n[ 2 ] . I n t h i s s y s t e m ,s m a l l - s c a l ed e t e r m i n a t i o no f t h eo p t i m a ld u t yr a t i oD f o rt h eo p e r a t i o no fg e n e r a t o r sa r ec o n n e c t e dt ot h ee l e c t r i c i t yd i s t r i b u t i o nn e t w o r k t h eb o o s tc o n v e r t e r ' ss w i t c hS.I t sa i mi st om o v et h eo p e r a t i n go rA Cg r i d .S e v e r a lMPPTt e c h n i q u e sh a v eb e e np r o p o s e di n p o i n to ft h ePVa r r a yt o w a r dt h em a x i m u mp o w e rp o i n tu n d e rt h el i t e r a t u r e s .F o rn o n - a d a p t i v em e t h o d ,t h eMPPTu s i n gt h e a c e r t a i nl i g h td e n s i t ya n dt e m p e r a t u r e .T h eD C - b u sv o l t a g en o n l i n e a ro u t p u tp o w e rr e l a t i o nd P / d Va g a i n s tVt oj u d g et h e ( V D c )f r o mt h eb o o s tc o n v e r t e ri st h e d e l i v er edt ot h eDC-ACm o m e n t a r yo p e r a t i n gr e g i o ni sp r e s e n t e di n[ 2 ] .T h eM P P Tt h a t i n v e r t e r.u s e st h er a t i ob e t w e e nl o a dc u r r e n ta n ds h o r t - c i r c u i tc u r r e n to fa PVp an el h asb e e na d d r e s s e di n [ 3 ] .M o r e o v e r ,a na d a p t i v e T h eDC-ACi n v e r t e ro u t p u t sACc u r r e n t( i 0 )t h a ti s i n -f u z z yl o g i cc o n t r o l l e r( A F L C )f o rg r i d - c o n n e c t e dp h o t o v o l t a i cp h a s ew i t ht h eu t i l i t yv o l t a g e( v s ) .I ti sa l s od e s i g n e di ns u c ha

0 - 7 8 0 3 - 9 2 9 6 - 5 / 0 5 / $ 2 0 . 0 0 2 0 0 5I E E E 5 1 7

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D C / D Co o s tConveD-AC vererrh ePVP a n e l D t D C D t C o v r e D C DC-ACI n v e r t e rLil / / f / / / /1 5 ' c ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~~ ~ ~ lL r S ' f , o

L o a d 2 2 0 V4 I / < fr a l I C f S2D0+,, 5,

M PT C o n t r o l -TF i g u r a t e. h g n PV s t cw a yt ha t t he s y s t e m ' sp o w e rf a c t o rb e c o m e su n i t y.T h e 4 9 - - - - -r - - - - - -O-------O---.-e .,'_ . .

c h a n g eo fe r o * g ) ~lMesuremnt LJ a +l l^. nverterId t b l e ( P )W il V * wL. F . C . . . .wtro e . r . . . . . .L 5o n t r o l e r0|1_.___ _----- ---------------------------------- H

F i g u r e1 . T h eg r i d - c o n n e c t e dPVs y s t e mc o n f i g u r a t i o n I .

w a yt h a tt h es y s t e m ' sp o w e rf a c t o rb e c o m e su n i t y .T h e 4 . 0 4 0 0c u r r e n t ~i 0s u p p l i e dt ot h ec o r r e s p o n d i n gl o a di sg i v e na s : 5 L . . - . . . - . . . . - . - - - - . .- - . . . .- - . . . . . . . . - . . .. . . . . .- -- - - - - - - - -- - - - - - - - -- 3 5 0

L od k i o _ c n v s | 2dtkp,.v,,,,"VS ~ ~ ~ ~ ~~~~2.59c t

, w h e r e 5 0 m W / c m i ,2 5 ? C

05 .. . . . . . . . V. . . . . . . . . . . . .

P o w e rC u r el v M a t m r n a P e w e rP e i t lL oi st h eo u t p u ti n d u c t o ro ft h eDC-ACi n v e r t e r ,v , ,i st h ep e a k 0 . o2 0 4 0 6 8 0 1000 14 01 6 0 -18 02 0 0 I

o ft h et r i a n g u l a rc a r r i e rs i g n a l .N o t et h a t ,L f a n dC f ,a s s h o w n T h es o l a ra a yg e n e r a t o rv o l t a g e( V )i nF i g .1 i s c o n n e c t e dt o s h a r et h er e s p o n s i b i l i t yo f DC/DCc o n v e r t e rw h i c hcan b ed e s i g n e db y [ 2 ] . F i g u r e2 . I - Va n dP o w e rcurve u n d e rl i g h ti n t e n s i t ya n dt e m p e r a t u r e .

I H . PVC H A R A C T E R I S T I C l i c o n( 1 - 3e V ) ,K , d e n o t e sa s h o r tc i r c u i tc u r r e n tt e m p e r a t u r ec o e f f i c i e n ta t I , ,( A / 0 C ) ,I L Gd e n o t e sa l i g h t - g e n e r a t e dc u r r e n tW l t ht h ei n t e r n a ls h u n tr e s i s t a n c en eg le c t ed , t heo u t p u t ( A )I o rd e n o t e sa c e l ls a t u r a t i o nc u r r e n ta tT , ( A ) ,I , ,d e n o t e sa

v o l t a g eo fa PVa r r a yi sg i v e nb y[ 6 ] c e l lr e v e r s es a t u r a t i o nc u r r e n t( A ) ,I , d e n o t e sa s h o r t - c i r c u i tc u r r e n ta t2 5 Ca n d1 0 0 m W / c m 2( A ) ,Ad e n o t e sa l i g h ti n t ens i ty

A k T ( I z G- I + n p l , , ,n ( m W / C m 2 ) ,n 5i sa n u m b e ro fs e r i e ss t r i n gi nt h ePVa r r a y,n pi sV n .n n 5 I R s ( 3 ) a n u m b e ro fp a r a l l e ls t r i n gi nt h ePVa r r a ya n dR I i sa s e r i e ss q npI )n p r e s i s t a n c e( Q ) .T h ec h a r a c t e r i s t i c so fa PVa r r a yc a nb e c o m p r e h e n s i v

,w h e r e d e s c r i b e db y i t so p e r a t i n gc u r v ek n o w na sI - Vc u r v e .T h i ss p e c i f i cc u r v ei su s ua l ly s u pp l ie db ym a n u f a c t u r e r st or e p r e s e n t

( T3 ( F O ) I 1 t h ePV a i r a yb e h a v i o r s .I t s h o w st h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n/ 0 5= I| rT | e e x pA k lI T 7J ( 4 ) o u t p u tv o l t a g ea n dc u r r e n to f t h ePV a r r a ya t c e r t a i nl i g h tT r J A i n t e n s i t ya n dt e m p e r a t u r ea s d e p i c t e di n F i g .2 . I t c a nb eo b s e r v e dt h a tu n d e ra c e r t a i nl i g h ti n t e n s i t ya n dt e m p e r a t u r et h e r ei sa u n i q u ep o i n tl o c a t e da tt h ek n e eo ft h eI - Vc u r v e ,a t

a n d w h i c ht h em a x i m u mp o w e rc a nb e g e n e r a t e df r o mt h ePVa r r a y.T h u s ,a m e c h a n i s mi sr e q u i r e dt ot r a c kt h o s eu n d e r l y i n gp o i n t ss ot h a ta no p t i m a lo p e r a t i o no ft h eo v e r a l ls y s t e mc a nb e

I L G=I+ K S( T 2 5 ) ] ( 5 ) a c h i e v e d .

I V . S Y ST E M C O N T R O L L E R SM o r e o v e r ,I d e n o t e sa o u t p u tc u r r e n to f a PV a r r a y,A A . MPPTu s i n gS O F L C

d e n o t e st h ei d e a l i t yf a c t o r ,k i st h eB o l t z m a n ' sc o n s t a n t( J I K ) ,Ti sa c e l lt e m p e r a t u r e( K ) ,T ri sa r e f e r e n c et e m p e r a t u r e( K ) ,q G e n e r a l l ys p e a k i n g ,M P P Ta t t e m p t st om o v ea n o p e r a t i o nd e n o t e sa ne l e c t r o nc h a r g e( C ) ,E G Oi sb a n d - g a pe n e r g y o fs i - p o i n to f a PVa r r a ya sc l o s et ot h em a x i m u mp o w e rp o i n to r

k n e eo ft h eI - Vc u r v es h o w nn F i g .2 a sp o s s i b l e .

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M a t h e m a t i c a l l y ,t h i si s e q u i v a l e n tt of i n d i n gt h ep o i n t TA B L E I . AF U Z Z YR U L EB A S E TAB L EF O RM P P Tw h e r et h ed e r i v a t i v ed P l d Vi se q u a lt oz e r o .T ot h i se n d ,l e tu s ( n )f i r s td e n o t et h ee r r o rf u n c t i o nb y NB NS ZE P S P B

e , ( n )NB P ? , ~ B P S PP ( n ) - P ( n - l ) ( 6 ) N S E P . P S PS P S

V( n ) - V ( n - l ) Z E N SZ PS PS P SZE NS NS ZE P S P Sa n dt h ea s s o c i a t e dc h a n g eo fe r r o r P S NS N NS ZE ZE

P B NB N B NS NS NS

A e ,( n )= e .( n )- e c( n- 1 ) ( 7 )TABLEI I . A L O O K U PC O N T R O LT A B L EO FMPPT( F )

T h e r e f o r e ,f o r c i n gt h ee r r o rf u n c t i o ni n ( 6 ) a n d i t s A e , ( n )a s s o c i a t e dc h a n g eo f e r r o ri n ( 7 )t o z e r o ,MPPTc a n b e - 5 - 4 - 3 - 2 - 1 0 1 2 3 4 5a c h i e v e d .T h eo p e r a t i o nm a yb e p e r f o r m e dv i aa f u z z yl o g i c - 5 1 11 1 1 111 8 5 5 5 5 5 5c o n t r o l l e r.I n pa r t i cu l a r,i n s t e a do ff i n d i n gt h eu n d e r l y i n g 4 8 _ 8 8 8 6 5 5 5 5 5 5d e r i v a t i v et h ef o l l o w i n gf u z z ya l g o r i t h mb a s e du p o nt h em e t a - - 3 5_6 6 __ 5 5_ 5 5 5r u l ec a nb e e m p l o y e d[ 5 ] .T h a ti s ," I ft h el a s tc h a n g ei n t h e 2 0 0 0 0 2 5 5 5 5 5 5d u t yr a t i o( D ( n ) )h a sc a u s e dt h ep o w e rt or i s e ,k e e pm o v i n g - 2 O O O 2 5 5 5 5 5 5t h ed u t yr a t i o( D ( n ) )i nt h es a m ed i r e c t i o n ;o t h e r w i s e ,i fi t h a s - l - 2 - 2- 2 - 2 0 2 4 5 5 5 5c a u s e dt h ep o w e rt o d r o pm o v ei t i n t h eo p p o s i t ed i r e c t i o n . " X 0 - 5 - 5 - 5- 5 - 2 0 2 5 5 5 5T h i sc a nb et r a n s l a t e di n t ot h ef o l l o w i n gf u z z yc o n t r o lr u l e : 1 - 5 - 5 - 5 - 5- 4 - 2 0 2 2 2 2

2 - 5 - 5 - 5 - 5 - 5 - 5 - 2 0 0 0 0R u l e( i ) : I Fe ( n )i sA ia n dA e , ( n )i sB , 3 - 7 - 8 - 8 - 7 - 6 - 5- 3 - 2 - 2 - 2 - 2THENA D ( n )i sC ( 8 ) 4 10 - 9 - 910 7 5 4 3 3 3 35 - 11 - - 1 1- 1 1 1- 8 - 5 - 5- 5 - 5 - 5 - 5

w h e r eA i ,B , ,a n dC r e p r e s e n tf u z z ys e t si n c l u d i n gp o s i t i v eb i g( P B ) ,p o s i t i v es m a l l( P S ) ,z e r o( Z E ) ,n e g a t i v eb i g( N B ) ,a n d TA B L EI I . AL O O K U PTA B L EO FP E R F O R M A N C EM E A S U R E M E( P )n e g a t i v es m a l l( N S ) .A l s o ,Ta b l eI c o l l e c t st h ef u z z yr u le f o r A e , ( n )A D ( n ) .T h er e l a t i o no fe , ( n ) ,A e , ( n )a n dA D ( n )i sc a l c u l a t e db y -5 - 4 - 3 - 2 - 1 0 1 2 3 4 5[ 5 ] - 5 3 3 3 3 2 1 1 1 1 1 1

- 4 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1

A- ( 9 ) -20 0 1 1 1 11

X , = 1 w,Z

- 1 - 1 - 1- 1- 10 0 0

1 11 1 Ie 0 - 1 - 1 - 1 - 1 0 0 0 1 1 1 1w h e r ew ,= m i n [ , u e c ( e c ( n ) ) ,u , 5 , ( A e , ( n ) ) ]i s t h ec o m p a t i b i l i t y 1 - 1 - 1 -1 - 10 0 0 1 1 1 1

( w e i g h t i n gf a c t o r )a n dA D 'i s a v a l u ec o r r e s p o n d i n gt o t h e 2 - 1 - 1 -1- 1 - 1 - 1 - 1 0 0 0 0m e m b e r s h i pf u n c t i o no fA D ( n ) .T h ea b o v em e c h a n i s mc a nb e 3 - 1 - 1 - 1 - 1 - 1 - 1- 1 - 1-1 - 1 - 1r e a l i z e db y m e a n so f a l o o k - u pt a b l e( L U T ) ,w h i c hi s o f t e n 4 - 2 - 2- 2 - 2 1 1 1 1 1 - 1 1r e f e r r e dt o a s a c o n t r o lt a b l e( F ) .B yu s i n gf u z z yi n f e r e n c e 5 3 3 - 2_ _ _ _t e c h n i q u e s[ 5 ] ,t h ec o n t r o lt a b l et h a td e t e r m i n e st h ev a l u eo f - 2 1 1 1 1 -1 - lA D ( n )f o ra n yg i v e np a i ro f i n p u te , ( n )a n dA e , ( n )c a n b ec o n s t r u c t e da ss h o w ni nTa b l eI I r e s e a r c hw o r k .Ta b l em s h o w st h ep e r f o r m a n c e - m e a s u rt a b l e

u s e di nt h i sp a p e r .I ne a c hr e c u r s i o n ,t h ec o n t r o l l e rc o m p u t e saA n o t h e ra s s o c i a t e dt a b l e ,n a m e l yp e r f o r m a n c e - m e a s u r ec h a n g eo ft h ed u t yr a t i oA D ( n )t oa d a p tt h ed u t yr a t i o( D ( n ) )b y

t a b l e( P )i s e m p l o y e dt o d e t e r m i n et h ea m o u n tr e q u i r e df o rr e f i n i n ge a c he n t r yo ft h ec o n t r o lt a b l e( F ) .T h a ti s ,

D(n)=D(n-1)+KDAD(n) ( 11 )F ( i ,j ) _ d= F ( i ,j ) _ d+ P ( i ,j ) n ( 1 0 ) , w h e r eKDi sc o n s t a n tf o ru p d a t ea d u t yr a t i o .

w h e r ed i sc a l l e dt h ed e l a y - i n - p e n a l t y.I n g e n e r a l ,i t r e g a r d sB . T h e D C - A C i n v e r t e r c o n t r o l l e rt h ep e r f o r m a n c er e s p o n s ea sa n e x t r ac o n t r i b u t i o nt o c o n t r o l T h e DC-ACi n v e r t e rc o n t r o l l e rp r o d u c e sa s i n u s o i d a ls i g n a lt h a ts h o u l dh a v eb e e n ,i no r d e rt op u s ht h ep l a n to u t p u t c u r r e n ti n t ot h eg r i di d e a l l yw i t h a u n i t yp o w e rf a c t o r.t o a s t a t ew i t ha z e r op e n a l t y.T h et a b l ei so f t e nb u i l tb yh a n d R e f e r r i n gt oF i g .1 ,T h ed i f f e r e n c eb e t w e e nDCb u s v o l t a g eb a s e do ne x t e n s i v ee x p e r i m e n t s ,a si st h ec a s eo ft h ep r e s e n t

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( V D C )a n dD Cb u sr e f e r e n c ev o l t a g e( Vr e f )i su s e dt o c a l c ul a te TA B L EI V . AF U Z Z YR U L EB A S ETA B L EF O RD C - A CI N V E R T E RV " ' : C O N T R O L L E R

v , p= g a i n( K c- V r f ) ( 1 2 ) m NB NS ZE P S PBNB NB NB NB NS N SNS NB N S NS NS P S

w h e r eg a i n i sa c o n s t a n t .T h es u b t r a c t i o no fv 0 1 pf r o mi , i sf e d ZE NB N S ZE P S P Bt oa s i m p l eFLCt of o r mv 0 , , ,w h i c hi st h ec o n t r o ls i g n a lo f t h e P S N S P S P S P S P BDC-ACi n v e r t e r.T h eo u t p u tp o w e rf r o mt h ei n v e r t e ri sf i n a l l y P B P S P S P B

P B T P Bt r a n s f e r r e dt ot h eu t i l i t yp o w e rl i n e .L e tu sd e f i n e d ,t h ee r r o rf u n c t i o na n dc h a n g eo f e r r o ro f T A B L EV . O U T P U Tv, o FD C - A CI N V E RT E RC O N T R O L L E R

DC-ACi n v e r t e rc o n t r o l l e rc a nb ed e f i n e da sA e , ( n )

e A C i ,( n ) = v O p- i o ( 1 3 ) - 5 - 4 -3 - 2 - 1 0 1 2 3 4 5- 5 - 5- 5 - 5 - 5 - 5 - 5 - 3 - 2 - 1 - l - 2- 4 - 5 - 4 - 4 - 4 - 4 - 4 - 3 - l 1- 0 0

a n d 3 5 4 3 3 3 3 - 2 - 1 0 1 1- 2 - 5 - 4 - 3 - 2 - 2 - 2 - 1 0 1 1 2

A e A C . , , i _ ( n )= e A c i _ v ( n ) - e A C i _( n - l ) ( 1 4 ) - 1 - 5 - 4 - 3 - 2 -1 - 1 0 1 2 3 30 - 5 - 4 - 3 - 2-1 0 1 2 3 4 51 - 3 3-2 - 1 0 1 1 2 3 4 5

I no r d e rt o e n a b l et h el i n es y n c h r o n i z a t i o n ,t h eDC-AC 2 - 2 - 1 - 1 0 1 2 2 2 3 4 5i n v e r t e rc o n t r o l l e rh a st of o r c ee A C i n va n dAe A c i n Vt oz e r o .I no u r 3 - l - l 0 1 2 3 3 3 3 4 5w o r k ,t h eFLC f or c ur re n tr e g u l a t i n gp r o p o s e di n [ 1 0 ]i s 4 0 0 1 1 3 4 4 4 4 4 5a p p l i e dt o t h e DC-AC i n v e r t e rc o n t r o l l e r ,a n d t h e 5 2 1 1 2 3 5 5 5 5 5 5c o r r e s p o n d i n gFLCr u l ei s s h o w ni nTa b l eI V .A p p l y i n gt h ef u z z yi n f e r e n c et e c h n i q u e s ,Ta b l eV s h o w st h e v a l ue so fo u t p u t B oo4 0 0............ .f r o mt h eDC-ACi n v e r t e rc o n t r o l l e r. - 'LC

3 5 0 . . . . . . . . .

V . SIMULATIONRESULTST h es y s t e md e p i c t e di nF i g .1w a ss i m u l a t e du s i n gS I M U - Z 3 0 ' 0 m ' s o

L I N s o f t w a r e[ 1 1 ]t o e v a l u a t et h ep e r f o r m a n c eo f t h e Xp r o p o s e dg r i d - c o n n e c t e dPV s y s t e mu s i n gSOFLC i n 7 ,c o m p a r i s o nw i t ht h e c o n ve n t i o n a lF L C .T h ePVa r r a ym o d e l 25 t ood e s c r i b e di n S e c t i o nI I w a s i n v o k e d .T h eb o o s tc o n v e r t e rc i r c u i tc o m p r i s e so n e i n d u c t o r( L = 2 5 m H ) ,t w o c a p a c i t o r s( C 1 = 1 0 0 0 , i Fa n dC 2 = l O O 1F ) ,a n dt h ef i l lb r i d g ec o n f i g u r a t i o no 0 2 0 5 0 75 OLE255 0 7 5 2 0 0 2 25 2 5 0w a se m p l o y e df o rt h eDC-ACi n v e r t e rw i t ha n i d e a ls w i t c h T i m e( s e c )c o n t r o l l e db y2 0 k H zt r i a n g u l a rc a r r i e rs i g n a l .T h i si n v e r t e rw a s F i g u r e3 Th eo b t a i n e dp o w e rf r o mF L Ca n dS O F L Cm e t h o dc o n n e c t e dt o t h e2 2 0 V / 5 O H zA Cp o w e rg r i d .I na d d i t i o n ,t h el o a dw a s5 0 s . f o rt h eo u t p u tv o l t a g eo f t h eDC-DCi nv er te r t or e a c ht h e

P r a c t i c a ls c e n a r i ow h e r el i g h ti n t e n s i t ya n d t e m p e r a t u r er e f e r e n c ev o l t a g ea t V r = 3 15 V w h e nt h eSOFLCi s u s e d ,v a r i e sw i t ht i m ew e r ea s su me d . Th a ti s ,l i g h ti n t e n s i t yw a s50 w h e r e a st h er e q u i r e m e n tf o rFLCi s1 , 15 0 m s .a n d1 0 0 m W / c m 2f r o m0 t o1 . 4 s ,1 . 4 so n w a r d ,r e s p e c t i v e l y( F i g . F i g .5 ( a )t o ( c )s h o w st h er e s p o n s eo f c u r r e n ti n t h e3 , a d a s h e d - d o t t e dl i n e ) .F u r t h e r m o r e ,t h et e m p e r a t u r ew a s s y s t e m s .I ti n d i c a t e st h a ta f t e rt h eDCb u sv o l t a g er e a c h e dt h e2 5 Ca n d5 0 Cf r o m0 t o2 . 0 s ,2 . O so n w a r d ,r e s p e c t i v e l y( F i g . r e f e r e n c ev o l t a g e ,t h eDC-ACi n v e r t e rc a ng e n e r a t et h eo u t p u t3 , a d o t t e dl i n e ) .T h ed y n a m i ce n v i r o n m e n tr es ul ts i nt h r e e c u r r e n t ,w h i c hi s i np h a s ew i t ht h eu t i l i t yl i n ev o l t a g eb y amaximump o w e rp o i n to f 1 6 0 W,360Wa n d320Wf r o m0 t o S i m p l eF L C . T h eDC-ACi n v e r t e rc u r r e n ti , w a s0 . 7 0 7 ,1 . 4 1 51 . 4 s ,1 . 4t o2 sa n db e y o n d2 s ,r e s p e c t i v e l y. a n d 1 . 3 4 5 A ,r e s p e c t i v e l y,d e p e n d i n go n t h eo b t a i n e dp o w e r

T h et r a c k i n gr e s u l t sf r o mt h ep r o p o s e dSOFLCa l g o r i t h m ,f r o maPVa r r a y.c o m p a r e dw i t ht h eo n eo b t a i n e df r o ma c o n v e n t i o n a lFLCa r es h o w ni nF i g .3 . I t c a nb e s e e nc l e a r l yt h a tw h i l et h es e t t l i n g V I . C O N C L U S I O N St i m e( t 0 )t h eFLCi s 1 , 1 0 0 m s ,t h eSOFLCr e q u i r e so n l y7 7 6 m s I nt h i sp a p e r ,t h ea p p l i c a t i o no fs e l f - o rg a n i z i n gf u z z yl o g i ct os e t t l e .T h e r ea r es m a l l e rp o w e rf l u c t u a t i o n sd u r i n gt r a n s i e n tc o n t r o l l e rf o rm a x i m u mp o w e rp o i n tt r a c k i n gt h eg r i d - c o n n e c -p e r i o dw h e nu s i n gSOFLCt h a nF L C .I nF i g .4 ,i tt a k e s9 8 0 m s t e dPVs y s t e mh a sb e e ni n v e s t i g a t e d .T h es i m u l a t i o nr e s u l t s

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3 5 0 1 c o n f i r mt h a tt h ep r o p o s e dSOFLCh a si m p r o v e dt h es p e e da n dt _ _ _ _ _ - the t r a n s i e n tr e s p o n s eo ft h em a x i m u mp o w e rp o i n tt r a c k i n go f

3 0 0 . . . . . . . . . . . . . . . . - - - - - - - - - - -- - - - - - s - - - ss * v s - - - - - . S- - - - a PVa r r a y.T h i sl e a d st of a s ts e t t l i n gt i m eo ft h er e s p o n s ef o r2 5 0. , , -- - - - - - - - - - - t h eDC-DCc o n v e r t e rt oc a p t u r et h eu t i l i t yD Cb u sv o l t a g e ,a n d2 0 7 X . . t h ep o w e rc o n v e r s i o no p e r a t i o no f t h eDC-ACi n v e r t e r .Th e

p r o p o s e dt e c h n i q u ec a nb e e a s i l yr e a l i z e db y m e a n so f a l o o k -S. s f150 . u p t a b l e .I t t h e r e f o r eo f f e r sa c o s t - e f f e c t i v ea p p r o a c hf o rr e a l -: 01 5 0 ~ - - r ~ - - / ~ - - - - - - - - - . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - - - -n - - - - - .. . t i m eM P P Ti m p l e m e n t a t i o n .V 10 0 - - - - - - - . . . . . . . . .-- - - - - - - ' - - - - - - - - - - --- - - - - - - - i----- - - - - - - - - - ' - - -.....................

/ . . . ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ R E F E R E N C E S5 0

..............

-- - - . , . . . . . . . . . . . E F EE N C E

an. .O F L C [ 1 ] T .M a r k v a r t ,S o l a rE l e c t r i c i t y ,J o h nWi l e y&S o n s ,C h i c h e s - t e r ,1 9 9 4 .0 0 2 5 0 . 5 0 0 . 7 5 1 . 0 01 . 2 5 1 . 5 0 1 . 7 5 2 . 0 0 2 . 2 5 2 i 5 0[ 2 ] K . Ye o n g - C h a u ,L .Ts o m g - J u ua n dC . J i a n n - F u h ," N o v e lm a x i m u m -

Ti m e( s e c ) p o w e r - p o i n t - t r a c k i n gc o n t r o l l e rf o rp h o t o v o l t a i ce n e r g yc o n v e r s i o nF i g u r e4 . T h eo u t p u to fDC-DCc o n v e r t e rf r o mF L Ca n dSOFLCm e t h o d s y s t e m , "I E E ETr a n s .I n d u s t r i a lE l e c t r o n i c s ,Vo l .4 8 ,N o .3 ,J u n e ,2 0 0 2 1 ,

p p .5 9 4 - 6 0 1 .3 2 0 [ 3 ] S .Yu v a r a j a na n dX . S h a n g u a n g ," P h o t o - v o l t a i cp o w e rc o n v e r t e rw i t ha

L i n e ' c r e n t( i ) s i m p l e m a x i m u m - p o w e r - p o i n t - t r a c k e r " , , P r o .o fI S C A S ' 0 3C o n f . ,Vo l .3 ,6 A; D C - A Ci n v e r t e rc u r r e n t ( i , )2 4 0 p p , I I I - 3 9 9- I I I - 4 0 2 ,B a n g k o k ,T h a i l a n d ,2 0 0 3 . .

A A . . 1 6 0 [ 4 ] N . P a t c h a r a p r a k i t ia n dS . P r e m r u d e e p r e e c h a c h a n ," M a x i m u mp o w e r, _0{ -0 .7047A| 10f : 1l I | I 1 p o i n tt r a c k i n gu s i n ga d a p t i v ef u z z yl o g i cc o n t m lf o rg r d - c o n n e c t e d

2 l e . > w tg . . . . . . . t - - - - - t - - ! g | S t i . . . .. i 0pho tovo l t a i cs y s t e m , "I E E EP o w e rE n g i n e e r i n gS o c i e t yW i n t e rM e e t i n g ,go -_ t 4 _ t ;. _ $ _ ~ - 1+_W_9! r - l < - -- l- + _ Pi_ . _ c 2 0 0 2 ,Vo l .1 ,J a n ,2 0 0 2 ,p p .3 72- 3 7 7 .- M MM [ 5 ]N .K h a e h m t u n ga n dP .S i r i s u k ," I m p l e m e n t a t i o no fM a x i m u mP o w e rd- 2 p-i - - ++SA- I -4 - - I - -l - l - -\ - -l -- - - -. . i. . . . . . . . . . . . . . . . .. + 8 0 0Poin t Track ing U s in g F u z zyogico n t r o l l e rf o rSo la r-PoweredL i g h t -

F l a s h e rA p p l i c a t i o n s , "

P r o c .o f

M W S C A S2 0 0 4 ,p p .I I I - 1 7 1 - I I I - 1 7- 4 - - - - - - 1 - -. . ; 1S - 1 6 0 H i r o s h i m a ,J a p a n ,2 0 0 4 .

- 6 ........>: - - - - - - - ' 0 - - - - - v - i- - -W g R- - g - 2 4 0 [ 6 ] N .K h a e h i n t u n g ,K .P r a m o n g t u n ga n dP .S i r i s u k ," R I S Cm i c r o c o n t r o l l e rt s = - 5 0 m s : . . b u i l t - i nf u z z yl o g i cc o n t r o l l e rf o rmaximump o w e rp o i n tt r a c k i n gi n

_ _ _ _ _ _ _- 5 i . 0 5 11 1 - 3 2 0 s o l a r - p o w e r e db a t t e r yc h a r g e r , "P r o c .o f T E N C O N2 0 0 4 ,p p .6 3 7 - 6 4 0 ,T i m e( s e c ) C h i e g m a i ,T h ai l a nd , 2 0 0 4 .

( a ) [ 7 ] N . K h a e h i n t u n g ,P . S i r i s u ka n d W. K u r u t a c h ,"A n o v e lA N F I S8,,. i n e .320 c o nt r ol l er f o rmaximump o w e rp o i n tt r a c k i n gi np h o t o v o l t a i cs y s t e m s , "

8 ; : . . . ' ,' , : " , ,|.. * - - - - -L i n e t u ( i ) P r o c .o f I E E EP E D S ' 2 0 0 3 ,Vo l . 2 ,p p .8 3 3 - 8 3 6 ,S i n g a p o r e ,2 0 0 3 .- - - -- -

Lo

: g L: : 2= D C . A C u i n v e r t e r e c r r e n t Q )( 2 4 0 8 ] T .J . P r o c y ka n dE .H . M a m d a n i ," Al i n g u i s t i cs e l f - o r g a n i z i n gp r o c e s s4 . . . . . . . . - .-.- - 1 6 0 c o n t r o l l e r , "A u t o m a t i c a ,Vo l .1 5 ,p p .1 5 - 3 0 , 1 9 7 9 .

[ 9 ] A . O o n s i v i l a i ,a n dM . E E l - H a w a r y,"A s e l f - o r g a n i z i n gf u z z yp o w e r2r r 7 n80 s s y s t e ms t a b i l i z e r , "I E E EC a n a d i a nC o n fo n E l e c t r i c a la n dC o m p u t e r

s = 1 4 1 5 A N 0^ \ l l t Z ^ l l \ I \ f f1 ^ | , E n g i n e e r i n g ,Vo l .1 ,p p .1 9 7 - 2 0 0 .Wa t e r l o o ,C a n a d a ,1 9 9 8 .o t o18 M b 7 b1 M lf 1 \ ] ll W f 114A- [ 1 0 ] T .F . W u ,C . H .C h a n ga n d Y . K . C h e n ,"A F u z z y - L o g i c - C o n t r o.-2 F - - - -- - S i n g l e - S t a g eC o n v e r t e rf o rP V- P o w e r e dL i g h t i n gS y s t e mA p p l i c a t i o n s

I E E ETr a n s .I n d u s t r i a lE l e c t r o n i c s ,Vo l .4 7 ,N o .2 ,A p r i l ,2 0 0 0 ,p p .2 8 7 -4 . . . - - - t - - - - n - t - n -- n -- X - - - - - ! ' ' ' ' ' W ' ' ' ' ' C ' '6 2 9 6 .-6 T i m e. . j . 24 0 [ 11 ]h t t p : / / w w w. m a t h w o r k s . c o m

F ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ DACi n e r e c u r r e n t ( i .) 24 0

_ 8 1 t s > 1 3 0 m s' 3 2 01 4 1 . 4 5 1 . 5 1 . 5 5 1 . 6 1 . 6 5T i m e( s e c )

( b )

| , v ; * , i : \ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ . . . . . . .i n ec u r r e n t( i ) 3 0F i g u r e5 * - - - -u t p u t -u r - e n to fP Vs y s f t e mt- Vi - D C p - A Ci n v e rm c u m r e n t ( a )16 W4 0

360Wa n d h h X X(c)cune20 W

4 . .. . -- - l-' ---M - - - - - - -5-- - - - -- - 1 6 0

s o3 S t E t I l 2 t 3

- 4 p- ? J - -- Q - - . - - - - - - -- :M , - - - - -g , - M- - - g - 2 0

|8 cs10 s-,,, t 8 | 1 3 2 02 2 . 0 S 2 . 1 2 .15 2 . 2 2 . 2 5T i m e( s e c )

( c )F i g u r e5 . O u t p u tc u n - e n to fPVs y s t e ma tPVp o w e rm a x i m u m .( a )160W( b )

. 6 0 an d c 3 2 0 W. _ _ _