An improved maximum power point tracking for a photovoltaic system with current sensor-less for solar water pumping system application

Abstract

Today, several different maximum power point tracking (MPPT) techniques for extracting the greatest power from photovoltaic (PV) arrays have been created by employing both voltage and current sensors. The implementation circuit of these techniques may present high cost and large size. Therefore, in this thesis an improved MPPT technique for a PV system with a single voltage sensor is proposed. To sense the PV voltage, simply and low cost sensor such as voltage divider circuit is needed in this technique without needing for the additional current sensor. For this reason, this thesis proposes a straightforward and inexpensive MPPT method for a PV system that feeds a water pumping system (WPS) that uses a brushless DC (BLDC) motor. The MPPT method is carried out with the assistance of a boost converter, which also supplies the necessary DC bus voltage for the voltage source inverter (VSI) that supplies the motor. In addition, the battery energy storage system (BESS) based lithium battery was integrated with the PVS to enhance the performance of the BLDC motor under bad weather conditions. Moreover, the suggested WPS is designed and tested under different irradiance levels to show the performance of the PVS and the BLDC motor. The simulation results are obtained using MATLAB software program. It has been shown that the proposed MPPT would enhance the functionality of PV system-based WPS in a variety of climates. A comparison with the traditional P&O MPPT demonstrates that the suggested technique converges more rapidly and keeps a good steady state oscillation in the PV power even when environmental circumstances change. Additionally, the proposed method maintains an excellent oscillation in the PV power.

Günümüzde fotovoltaik (PV) dizilerden en yüksek gücü elde etmek için hem voltaj hem de akım sensörleri kullanılarak birkaç farklı maksimum güç noktası izleme (MPPT) tekniği oluşturulmuştur. Bu tekniklerin uygulama devresi yüksek maliyetli ve büyük boyutlu olabilir. Bu nedenle, bu tezde tek voltaj sensörlü bir PV sistemi için geliştirilmiş bir MPPT tekniği önerilmektedir. Bu teknikte PV gerilimini algılamak için ek akım sensörüne ihtiyaç duymadan, gerilim bölücü devre gibi basit ve düşük maliyetli bir sensöre ihtiyaç duyulmaktadır. Bu nedenle bu tez, fırçasız DC (BLDC) motor kullanan bir su pompalama sistemini (WPS) besleyen bir PV sistemi için basit ve ucuz bir MPPT yöntemi önermektedir. MPPT yöntemi, motoru besleyen gerilim kaynaklı invertör (VSI) için gerekli DC bara gerilimini de sağlayan bir yükseltici dönüştürücünün yardımıyla gerçekleştirilir. Ayrıca BLDC motorun kötü hava koşullarındaki performansını artırmak için pil enerji depolama sistemi (BESS) tabanlı lityum pil PVS ile entegre edildi. Ayrıca önerilen WPS, PVS ve BLDC motorun performansını göstermek amacıyla farklı ışınım seviyeleri altında tasarlanmış ve test edilmiştir. Simülasyon sonuçları MATLAB yazılım programı kullanılarak elde edilmiştir. Önerilen MPPT'nin çeşitli iklimlerde PV sistem tabanlı WPS'nin işlevselliğini artıracağı gösterilmiştir. Geleneksel P&O MPPT ile yapılan bir karşılaştırma, önerilen tekniğin daha hızlı yakınsadığını ve çevresel koşullar değiştiğinde bile PV gücünde iyi bir kararlı durum salınımını koruduğunu göstermektedir. Ek olarak, önerilen yöntem PV gücünde mükemmel bir salınım sağlar.