Maximum Power Point Tracking by the Small-Signal-Based PI and Fuzzy Logic Controller Approaches for a Two-stage Switched-Capacitor DC-DC Power Boost Converter; Applicable for Photovoltaic Utilizations

Abstract

For the Photovoltaic panels, one of the main troubles is generating the limited values of the voltage. To enhance this DC voltage for grid applications, high-voltage gain, transformer-less, low-voltage stress, and efficient DC-DC boost converters are used. The main concern is keeping the voltage constant at the output ends of the converter by changing the voltage of the PV array or the value of the load under the maximum power of the array through the simple control approaches. This approach is well-known as the Maximum Power Point Tracking (MPPT). This study presents the control process for the Two-stage Switched-Capacitor (SC) cell-based boost converter with Proportional Integral (PI) and fuzzy logic controller methods. Two-stage SC cell-based boost converter has been used instead of the conventional boost converter to provide higher voltage gain and lower voltage stresses on the power switch. In the proposed study, the voltage gain and efficiency of the boost converter are computed utilizing the method of the inductors volt-second balance and capacitor current-charge approaches. The compared systems were tested at different input voltages, and the output voltage is fixed at 200 VDC. Results exhibit the comparison between PI controller and fuzzy logic controller algorithms applied to the converter. In this article, MATLAB / SIMULINK software was utilized. The final results demonstrate that the fuzzy logic controller has quicker performance compared with PI Control but the PI controller has less overshoots and undershoots at the change time of the input voltage or output load.Fotovoltaik paneller için esas problemlerden biri de voltajın sınırlı değerlerde üretilmesidir. Şebeke uygulamaları için bu DC voltajını arttırmak için, yüksek voltaj kazanclı, trafosuz, düşük voltaj stresi ve verimli DC-DC yükseltici dönüştürücüler kullanılır.Esas olan, basit kontrol yaklaşımları ile PV dizisinin gerilimini veya dizinin maksimum güç altındaki yük değerini değiştirerek voltajı dönüştürücünün çıkış uçlarında sabit tutmaktır.Bu yaklaşım Maksimum Güç Noktası İzleme (MPPT) olarak bilinir. Bu çalışma, Orantılı İntegral (PI) ve bulanık mantık denetleyici yöntemlerine sahip İki Aşamalı Anahtarlamalı Kapasitör (SC) hücre tabanlı boost dönüştürücü için kontrol sürecini sunar. Güç anahtarı üzerinde düşük voltaj stresleri ve daha yüksek voltaj kazancı sağlamak için geleneksel yükseltici dönüştürücü yerine iki aşamalı SC hücre tabanlı yükseltici dönüştürücü kullanılmıştır. Önerilen çalışmada, yükseltici dönüştürücünün voltaj kazancı ve verimliliği, volt-ikinci denge yöntemi ve akım şarj yaklaşımları kullanılarak hesaplanmıştır. Karşılaştırılan sistemler farklı giriş voltajlarında test edilmiştir ve çıkış voltajı 200 VDC'ye sabitlenmiştir.Sonuçlar, dönüştürücüye uygulanan PI denetleyicisi ile bulanık mantık denetleyicisi algoritmaları arasındaki karşılaştırmayı gösterir. Bu makalede MATLAB / SIMULINK yazılımı kullanılmıştır. Nihai sonuçlar, bulanık mantık denetleyicisinin PI Kontrolü ile karşılaştırıldığında daha hızlı performansa sahip olduğunu, ancak PI denetleyicisinin giriş voltajının veya çıkış yükünün değişim süresinde daha az aşma ve aşınmaya sahip olduğunu göstermektedir.