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7/26/2019 Commande MPPT et Contrle dun Systme.pdf

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Commande MPPT et Contrle dun Systme

Photovoltaque par la Logique Floue

Z. Ayache, A. Bendaoud, H. Slimani, B. Benazza, H. Miloudi, A. Bentaallah1Laboratoire IRECOM, Universit Djilali Liabs

Sidi Bel Abbs 22000, Algeria

[email protected] , [email protected]

Rsum - Ce travail prsente le principe de la commande

MPPT. Les techniques de commande les plus utilises

dans le contrle MPPT sont revues et tudies, tels que :

observation et perturbation (O&P) et incrmentation de

la conductance (IC). Lobjectif de cette tude estlassociation de la commande par logique flou la

commande MPPT et danalyser ainsi que comparer son

comportement par rapport aux autres techniques (O&P,

IC) utilises dans le contrle des systmes

photovoltaque.

Mots cls : Commande MPPT , observation et

perturbation, logique floue, gnrateur photovoltaque,

I. INTRODUCTION

La demande sur lnergie lectrique ne cesse

daugmenter ces dernires annes ainsi que les contraintes

lies sa production, tels que l'effet de pollution et de

rchauffement climatique global, conduisent les recherche

vers le dveloppement des sources d'nergie renouvelables.

Dans ce contexte, les systmes photovoltaques (PV) offrent

une solution trs concurrentielle. Pour surmonter le

problme de rendement des panneaux solaires et obtenir un

rendement maximum, il est ncessaire d'optimiser la

conception de toutes les parties du systme PV. En outre, il

est ncessaire doptimiser les convertisseurs

(continu/continu) DC/DC employs comme interface entrele gnrateur PV et la charge afin dextraire le maximum de

puissance et ainsi faire fonctionner le gnrateur GPV son

point de puissance maximum (MPP) laide dun contrleur

MPPT (maximum power point tracking), par consquence,

obtenir un courant lectrique maximum sous la variation de

la charge et des conditions atmosphriques (luminosit et

temprature).

Un nombre important de technique de commande MPPT

ont t labor depuis les annes 70, commenant par des

techniques simples comme les contrleurs MPPT bass sur

le retour dtat de la tension et du courant [1], auxcontrleurs plus performant utilisant des algorithmes pour

calculer MPP du GPV, parmi les techniques les plus

utilises :

- Perturbation et Observation (P&O).

- Incrmentation de la Conductance (IC).

Ces dernires annes des techniques de commandes plusrobuste ont tait associes la commande MPPT telle que lalogique floue afin daugmenter le rendement des panneauxsolaires. Dans cette perspective, nous allons prsenter lesdiffrentes parties dun systme PV, la commande O&P etIC seront tudis et compars une commande MPPTutilisant un contrleur flou.

II. GENERATEUR PHOTOVOLTAQUE

Le gnrateur photovoltaque GPV est modlis par lesquations suivant [4] :

1 (1)s

s p

s

IRVq A K T s p

V np L s

p

IRV

n nI n I I

Re

+

+ =

. (2)P I V=

1 (3)s

s p

s

RV Pq AKT s p

V V np L s

p

RV P

n V nI n V I I

Re

+

+

=

Le courant du panneau solaire I est en fonction de

courant IL courant photonique gnr par lirradiationsolaire, Is tant le courant de saturation donn par lefabriquant, ns et np sont respectivement le nombre decellules en srie et en parallle, facteur idal de la jonctionPN,

K est le coefficient de Boltzmann= 1.38. 10-23J/K,T est la temprature, la tension aux bornes du panneau

solaire est V. La puissance dlivre par le panneau P estexprime par lquation 3.

Le GPV est fortement influenc par la variation de laluminosit et la temprature. En effet, la fig.1 le GPV estsoumis des variations de luminosit o il apparaitclairement la diminution da la puissance et le changement

du point maximum de puissance MPP.


2/6

0 20 30 40 4510 Vpv(V)0

40

80

120

Ppv(W)

150

600W/m2

500W/m2

800W/m2

1000W/m2 MPP

Fig.1.Changement du MPP en fonction de la luminosit

Dans la fig.2 le gnrateur photovoltaque GPV estsoumis des variations de temprature sous une luminositconstante ; l aussi le point de puissance maximum MPPchange.

0 10 20 30 40 Vpv(V)0

50

100

150

Ppv(W)

T=0

T=20

T=40

T=60

T=80

MPP

Fig.2. Influence de la temprature sur MMP

Il faut donc concilier ces comportements avec la charge.Lors de la connexion source-charge, il est donc primordialde tenir compte de la nature variable de la puissancedlivre par le gnrateur PV, mais aussi de lacaractristique de la charge pour quun point defonctionnement soit possible. Le point de fonctionnementcorrespond lintersection de ces deux caractristiques(Fig.3)

0 10 20 30 40 Vpv (V)

1

2

3

4

5

Ipv (A)

R2

Rop

R1

Fig.3. Influence de la charge sur le point de fonctionnement

Le fonctionnement du gnrateur dpend fortement des

caractristiques de la charge avec la quelle il est connect.

En outre, pour diffrentes valeurs de R, ladaptation

optimale se produit pour un seul point de fonctionnement

(Rop) nomm point de puissance maximal (maximum point

power) MPP.

En consquence, pour que le gnrateur fonctionne le

plus souvent son point maximum, la solutioncommunment utilise est dintroduire un convertisseur

DC/DC qui joue le rle dadaptateur source charge (Fig.4),

dans ce cas, le gnrateur dlivre une puissance maximale.

III. SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE

Le systme photovoltaque est contrl par la commandeMPPT, il est prsent la Fig.4.

Fig.4. Systme photovoltaque

Le convertisseur statique continu/continu (DC/DC)utilis, est le plus frquemment utilis comme convertisseurlvateur (Boost) (Fig.5).

Ce convertisseur est rgi par les quations suivantes :

1(4)

1oi

v vD

=

1(5)

1io

i iD

=

1(6)

i

i

L

dvi i C

dt=

2(1 ) (7)o

o L

dvi D i C

dt=

(1 ) (8)Li o L L

div D v R i L

dt= + +

O D est le rapport cyclique du convertisseur Boost


3/6

Fig.5. Montage Boost

La commande MPPT Indpendamment des paramtresdentres utilise certains algorithmes afin de faire monterle point de fonctionnement du GPV le long de lacaractristique P(V) jusqu' atteindre le MPP. (Fig.6).

Dans ce type de mthodes, nous pouvons distinguer lesmthodes bases sur la perturbation et lobservation P&O(Perturb & Observe), ainsi que celle qui font appel auxmthodes de lincrmentation de la conductance.

IV. COMMANDE PERTURBATION ET

OBSERVATION

Le principe de cette commande est de gnrer desperturbations en rduisant ou en augmentant le rapportcyclique D et dobserver leffet sur la puissance dlivre parle GPV (Fig.6) [6].

Fig.6. Caractristique de la puissance du gnrateur PV

Lalgorithme de cette commande est prsent la Fig.7.

Si dpv/dVpv>0, la tension est augmente, celainduit une augmentation du rapport cyclique D(k)= D(k-1)+C. C tant une constante daccrmentition

Si dpv/dVpv


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le systme converge vers MPP malgr la prsence de laperturbation.

1 2 3 4 5 6 7 t(s)010

20

30

40Vpv(V)

1 2 3 4 5 6 7 80

100

150

Ppv(W)

125

Fig.9. Allure de la tension et de la puissance face une variation de charge

V.

COMMANDE A INCREMENTATION DE LACONDUCTANCE

Une autre alternative la commande P&O, est lacommande incrmentation de conductance qui se base surla drive de la conductance du GPV (dG = dIpv/dVpv)

pour connatre la position relative du MPP pour appliquerune action de contrle adquate poursuivant le MPP(Fig.10) [1]

Fig.10. Algorithme incrmentation de la conductance

Apres introduction de lalgorithme incrmentation dela conductance dans notre systme et en gardant les mmesconditions de simulation appliques au systme P&O, lesrsultats de simulation sont exposs la Fig.11 et la Fig. 12.

Nous constatons que lalgorithme offre un bon suiviface aux variations de luminosit et de la charge,nanmoins, londulation de la tension est importante dans ledeuxime cas (Fig.12), car la constante de temps du filtre de

sortie du convertisseur Boost a chang de valeur, alors quela recherche du MPP du systme est plus rapide.

1 2 3 4 5 6 7 t(s)0

10

20

30

40Ppv(V)

0 1 2 3 4 5 6 7 t(s)50

50

100

150Ppv(W)

Fig.11. Allure de la tension et de la puissance face

une variation de luminosit

1 2 3 4 5 6 7 t(s)0

10

20

30

40

Vpv(V)

1 2 3 4 5 6 7 t(s)0

50

100

150

Ppv(W)

Fig.12 Allure de la tension et de la puissance face une variation de charge

VI. LA COMMANDE MPPT FLOU

Rcemment, la commande par logique floue a tutilise dans les systmes de poursuite du point maximumde puissance MPPT, cette commande offre lavantage dtreune commande robuste et relativement simple laborer etelle ne ncessite pas la connaissance exacte du modle rguler. La mise en place dun contrleur flou se ralise entrois tapes, qui sont : la fuzzification, linfrence et ladfuzzification (Fig.13) [2].


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Entre Sortie

Fuzzification

Infrence Dfuzzification

Mthodesfloues

Contrleparlogiqueflou

Fig.13. Principe de la commande logique flou

La fuzzification permet de rendre flou les variablesdentre. Une tape prliminaire consiste dfinir unintervalle de variation maximale autorise pour les variablesdentres. Le but de la fuzzification est de transformer lesvariables dentre en variables linguistiques ou variables

floues. Dans notre cas, on a deux variables dentres quisont lerreur E(k) et la variation derreur CE linstant k quisont dfinis comme suit :

( ) ( 1)( )

( ) ( 1)pv pv

pv pv

P k P k E k

V k P k

=

(9)

( ) ( ) ( 1)CE k E k E k = (10)

Ainsi ses variables seront qualifies Ngatif Grand (NG),Ngatif Petit (NP), Erreur nul ou bien zro (EZ), PositifPetit (PP) et Positif Grant (PG) (Fig.14)

Fig.14. Degr dappartenance des variables

Linfrence est une tape qui consiste dfinir unrapport logique entre les entres et la sortie. En effet, desrgles dappartenance vont tre dfinies pour la sortiecomme a tait fait pour les entres, grces ces rgles untableau dinfrence peut tre dress (Table au. 1) [1,2].

Il est vident quune bonne connaissance du systme estrequise pour le dveloppement dun tel rgulateur. En effet,en rgle gnrale, une valeur dentre est dfinie par deuxfonctions floues avec des degrs diffrents, ainsi la sortiesera elle aussi dfinie par plusieurs fonctions, la question

tant de savoir avec quels degrs dappartenance. Plusieursmthodes peuvent rpondre cette question. De notre part,nous avons utilis la mthode MAX-MIN.

Enfin, il nous faut raliser lopration inverse de lafuzzification, ici nous devons calculer une valeur numriquecomprhensible par lenvironnement extrieur partir dunedfinition floue est cest le but de la dfuzzification.

E\CE NG NP EZ PP PG

NG EZ EZ NG NG NG

NP EZ EZ NP NP NP

EZ NP EZ EZ EZ PP

PP PP PP PP EZ EZ

PG PG PG PG EZ EZ

Tableau.1. Tableau dinfrence.

Aprs simulation du systme avec la commande MPPT

floue, pour les mmes conditions de variation de luminositet de charge appliques aux prcdentes commandes. LesFig.15 et Fig.16 prsentent les rsultats de la simulation dusystme MPPT flou.

Dans le cas dune perturbation cause par la variation deluminosit, le systme converge vers MPP et reste stableavec un taux dondulation minime par rapport aux autrestypes de commande, mais avec un temps de convergence

plus important de lordre de 1.3s (Fig.15). En revanche, lorsdune perturbation due la charge, le systme est insensible la perturbation, la puissance reste stable et ne subit pas defluctuation importante (Fig.16).

0 1 2 3 4 5 6 7 t(s)30

35

40

Vpv(V)

0 1 2 3 4 5 6 7 t(s)50

100

150

Ppv(W)

Fig.15. Allure de la tension et de la puissance face une variation de luminosit


6/6

0 1 2 3 4 5 6 7 t(s)30

35

40

Vpv(V)

0 1 2 3 4 5 6 7 t(s)100

125

150

Ppv(W)

Fig.16. Allure de la tension et de la puissance face une variation de charge

VII.CONCLUSION

Afin d'amliorer l'efficacit des systmes

photovoltaques, diffrents algorithmes de commandesintelligentes ont t tudies pour la poursuite du pointmaximum de puissance dans ce travail.

Nous avons commenc par la prsentation de laconception et de la simulation d'un contrleur bas sur destechniques populaires tel que la perturbation et lobservationet puis la commande incrmentation de la conductance.quioffre un meilleur comportement que la P&O.

La logique floue MPPT a t compar au contrleur deP&O et CI. Il a amlior le rgime transitoire et a rduit lesfluctuations ltat statique.

La poursuite du point maximum est bien accomplie avecun taux dondulation de la tension et de la puissanceminime. Face aux diffrentes variations, les pertes de

puissance sont moindres ; ce qui implique une amliorationdu rendement du systme par consquence.

VIII. REFERENCE

[1] Salas V, Olas E, Barrado A, Lazaro A. Review of themaximum power point tracking algorithms for stand-

alone photovoltaic systems. Solar Energy Materials &Solar Cells 2006;90:155578.

[2] C. Larbes, S.M. At Cheikh*, T. Obeidi, A.

Zerguerras. Genetic algorithms optimized fuzzy logiccontrol for the maximum power point tracking in

photovoltaic system. Renewable Energy 34 (2009)20932100

[3] Trishan Esram, Patrick L. Chapman, Comparaison of

Photovoltaic Array Maximum Power Point TrackingTechniques. IEEE TRANSACTIONS ON ENERGYCONVERSION, VOL. 22, NO. 2, JUNE 2007

[4] J.M. Enrique, E. Duran a, M. Sidrach-de-Cardona b,1,J.M. Andu jar a. Theoretical assessment of the

maximum power point tracking efficiency ofphotovoltaic facilities with different convertertopologies. August 2006

[5] Nabil A. Ahmed, Masafumi Miyatake b. A novelmaximum power point tracking for photovoltaicapplications under partially shaded insolationconditions. September 2007

[6] Thanh Phu Nguyen, solar panel maximum power point

tracker, Undergraduate Thesis The University ofQueensland Department of Computer Science &Electrical Engineering, 19 October 2001

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