I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m pu t er   Science   Vo l.   3 8 ,   No .   1 A p r il   20 2 5 ,   p p .   50 ~ 62   I SS N:  2 502 - 4 7 52 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijee cs .v 3 8 . i 1 . pp 50 - 62           50     J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ee cs . ia esco r e. co m   A hybrid  co mbin a tion o impro v ed  ma y fly o ptimiza t io n bas ed  mo dified  pe rtur a nd ob serv e f o r s o la r bas ed water  pumpin g   sy stem       Da t t a t r a y   Su ry ka nt  Sa wa nt,   Yer ra m re dd y   Srini v a s a   Ra o ,   Ra j endra   Ra m cha nd ra   Sa wa nt   D e p a r t me n t   o f   El e c t r o n i c s a n d   T e l e c o mm u n i c a t i o n   En g i n e e r i n g ,   B h a r a t i y a   V i d y a   B h a v a n 's Sar d a r   P a t e l   I n st i t u t e   o f   Te c h n o l o g y ,   M u mb a i ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u l   30 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Oct   14 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   Oct   30 ,   2 0 2 4       In   re c e n t   y e a rs,  s o lar  wa ter  p u m p in g   sy ste m (W P S )   h a v e   b e e n   fu e l - fre e   a n d   e n v iro n m e n tally   b e n e ficia b e c a u se   th e y   h a v e   g a in e d   a   l o t   o f   a tt e n t io n   i n   t h e   a g ricu lt u ra a n d   in d u strial  se c to rs .   Trad it io n a wa ter  p u m p c o n su m e   h ig h e r   a m o u n o e n e r g y   w h ich   m a k e   i a fre q u e n tl y   u n re li a b le,   lo e ffic ien c y   a n d   n e e d h ig h   m a in ten a n c e .   F o WP S   a p p li c a ti o n s,  Br u sh les DC  (BLDC)   m o to rs  a re   fa su p e rio o p ti o n t h a n   o t h e in d u c ti o n   m o t o rs  b e c a u se   o th e ir  h ig h   e fficie n c y ,   h ig h   d e p e n d a b il it y ,   a n d   lo m a in ten a n c e   n e e d s.   Th u s,  i n   th is  re se a rc h ,   t h e   m a jo g o a l   is  to   d e v e lo p   a   m o re   e fficie n t,   re li a b le,  a n d   m a in ten a n c e - fre e   so lar  WP S   so lu ti o n .   Th is  p a p e d e sc rib e a   s e n so rles c o n tro stra teg y   t h a re d u c e th e   n e e d   fo h a ll   se n so rs  a n d   in c re a se sy ste m ’s  o v e ra ll   re l iab il it y .   S o lar  sy ste m   p o we is   ty p ica ll y   imp a c ted   b y   p a rti a l   sh a d o wi n g   a n d   c a n n o re a c h   t h e   m a x imu m   a v a il a b le  p o we b e c a u se   th e   trad it io n a p e rtu r b e d   a n d   o b se rv e   (P & O)  a l g o rit h m   fa il s.   T h is  p a p e r   in teg ra tes   th e   m o d ifi e d   P & (M P & O)  a lg o rit h m   with   a n   imp ro v e d   m a y fly   o p ti m iza ti o n   (IM O)  n a m e   c a ll e d   IM O - M P & to   a d d re ss   th e se   issu e b y   e fficie n tl y   e x trac ts  th e   m a x imu m   p o we fro m   so lar.  F ro m   th e   re su lt s,  it   c lea rly   sh o ws   t h a IM O - M P & a c h iev e d   h i g h e r   e fficie n c y   o 9 9 . 5 8 %   t h a n   th e   e x isti n g   P & O M P P T   wh ic h   is   a n a ly z e d   th e   M AT LAB  sim - p o w e r - sy ste m   to o l b o x e s.   K ey w o r d s :   B r u s h less   d m o to r   I m p r o v ed   m a y f ly   o p tim izatio n   Mo d if ied   p e r tu r b e d   an d   o b s er v e   Sen s o r less   co n tr o l   So lar   W ater   p u m p in g   s y s tem   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Dattatr ay   Su r y k an t Saw an t   Dep ar tm en t o f   E lectr o n ics an d   T elec o m m u n icatio n   E n g in ee r in g   B h ar atiy a   Vid y B h av an ' s   Sar d ar   Patel  I n s titu te  o f   T ec h n o lo g y   Mu m b ai,   I n d ia   E m ail: d s s awa n t1 @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   Am o n g   all  th e   r en ewa b le   en e r g y   s o u r ce s   ( R E S)  c u r r e n tly   a v ailab le,   So lar   en er g y   is   co n s id er ed   t h e   m o s p r ac tical  an d   ef f ec tiv h ar v esti n g   b ec au s it  co u ld   e asil y   m ee th wo r ld ' s   cu r r en en er g y   n ee d s   [ 1 ] .   So lar - p h o to v o ltaic  s y s tem s   ar b ec o m in g   c o m p etitiv e   alter n ativ f o r   in d u s tr ial,   s p ac e - p lan e,   a g r icu ltu r al,   an d   r esid en tial  ap p licatio n s   [ 2 ] ,   p ar ticu lar ly   f o r   co u n t r y   lik I n d ia  th at  r ec eiv es  lo o f   s u n lig h b u h as  lim ited   s u p p ly   o f   f o s s il  f u els.  Fo r   th p ast  f ew  y ea r s ,   co n v e n tio n al  ca r s   h av e   b ee n   u s in g   p etr o leu m   p r o d u cts,   wh ich   h as  led   to   g lo b al   u p s u r g in   en v ir o n m en tal  p o llu tio n   an d   g r av c o n ce r n s   [ 3 ] .   T o   co m b at   en v ir o n m en tal  p o llu tio n ,   v eh i cles  with   r en ewa b le  en er g y   s o u r ce s   lik s o lar ,   f u el  ce lls ,   an d   h y b r id   s y s tem s   ar e   b ein g   i n tr o d u ce d   [ 4 ] .   Veh icle s   ev en tu ally   b ec am t h g r ea t est  tech n o lo g ical  a d v an ce m en in   th e   au to m o tiv in d u s tr y   as  r esu lt.  T h m o to r   in   th ese  v eh icles  r eq u ir es  an   elec tr ic  p o wer   s o u r ce   to   o p er ate  [ 5 ] .   T h is   p o wer   s o u r ce   is   m a d u p   o f   b atter y   th at,   o n ce   co m p letely   d ep le ted ,   n ee d s   to   b r ec h ar g ed   [ 6 ] .   T h is   s u g g ests   th at   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52         A   h yb r id   co mb i n a tio n   o f imp r o ve d   ma yfly  o p timiz a tio n   b a s e d   mo d ified   …  ( Da tta tr a S u r y ka n t S a w a n t )   51   b atter y - p o wer ed   elec tr ic  ca r s '   d r iv in g   r an g c o u ld   b l im ited ,   r eq u ir i n g   r e g u lar   b a tter y   ch ar g i n g .   T o   o v er co m e   th e   af o r em en tio n e d   p r o b lem s ,   PV  h as  b ee n   s el ec ted   as  an   ex ce llen t   b atter y   s u b s titu te  [ 7 ] .   PV   s h o ws  r esp ec tab le  ac cu r ac y   an d   illu s tr atio n   d u r in g   t h s tea d y - s tate  p r o ce d u r e;  h o wev er ,   its   r esp o n s tim in   tr an s ien co n d itio n s   is   in s u f f ic ien [ 8 ] .   Mo d er n izatio n   a n d   th ex p an s io n   o f   h u m a n   s o ciety   d ep en d   o n   elec tr ic  d r iv es.  Ov er   4 0 o f   p o wer   is   u s ed   in   elec tr ical  d r iv e   wh i ch   is   co n s u m e d   b y   m o to r s   [ 9 ] .   Fo r   th is   r ea s o n ,   m o to r s   ar e   ess en tial  in   ap p lica tio n s   r eq u ir i n g   PV - b ased   wate r   p u m p in g   s y s tem   ( W PS ) .   Or ig in ally ,   wate r   was   p u m p e d   u s in g   DC   m o to r s   [ 1 0 ] .   Du to   th s h o r tco m in g s   o f   DC   m o to r s ,   in clu d in g   th eir   lo ef f icien cy   an d   f r eq u e n m ain ten an ce   r eq u ir e m en ts   d u to   t h p r esen ce   o f   b r u s h es  an d   co m m u tato r s ,   A C   in d u ctio n   m o to r s   ar u s ed   f o r   wate r   p u m p in g   s er v ices  [ 1 1 ] ,   [ 1 2 ] .   Ad d itio n al  class if icatio n s   f o r   s y n ch r o n o u s   m o to r s   ar e   T r ap ez o id al  an d   Sin u s o id al  w av p er m an e n t m ag n et  m o to r s ,   wh ich   ar also   r ef er r e d   to   as B L DC   m o to r s   [ 1 3 ] ,   [ 1 4 ] .   B ec au s o f   th b e n ef i ts ,   s u ch   as  ex ce llen s av in g s ,   h ig h   r eliab ili ty ,   m i n im al  r ep air s ,   an d   g o o d   ac ce ler atio n ,   B L DC   m o to r s   a r id ea f o r   PV - f ed   W PS   [ 1 5 ] .   Nu m er o u s   ch allen g es  p r e v e n s o lar   W PS   f r o m   o p er atin g   as  ef f ec tiv el y ,   d ep e n d ab ly ,   an d   as  th e y   s h o u ld .   T h ir r e g u lar   wate r   f lo w   an d   p r ess u r ca u s ed   b y   v ar iatio n s   in   s u n   ir r ad iatio n ,   wh ich   lo wer s   s y s tem   ef f icien cy ,   is   o n o f   th m ain   is s u es.   Hig h   en er g y   u s ag e ,   p r o b lem s   with   s y s tem   m ain te n an ce ,   an d   co m p o n e n f ailu r e s   all  m ak e   th e   is s u h ar d e r .   I n   ad d itio n ,   e x p en s iv e   d o wn tim an d   r ep air s   m ay   r esu lt  f r o m   tech n ical  p r o b le m s   in cl u d in g   b atter y   d eter io r atio n ,   i n v e r t e r   o r   c o n t r o l l e r   f a il u r e ,   a n d   p u m p i n g   s y s te m   m e c h a n i ca l   o r   el e c t r ic a l   f a il u r e .   T h e s e   d i f f i c u lt i es   h i g h l i g h t   t h e   n ee d   f o r   c r e a t i v e   s o l u t i o n s   t o   m a x i m i ze   t h e   s u s t a i n a b il i t y ,   d e p e n d a b i li ty ,   a n d   e f f i c i e n c y   o f   s o l a r   W PS .   s u s tain ab le  en er g y   s o u r ce   i s   r eq u ir ed   to   ca r r y   o u ce r tain   b asic  f u n ctio n s   in   r em o te  lo ca tio n s ,   lik wate r   p u m p i n g .   T h is   r eq u ir e m en ca n   b s atis f ied   b y   r e n ewa b le  en er g y .   Giv e n   th d aily   v ar iatio n s   in   tem p er atu r e,   win d   s p ee d ,   an d   h u m id ity ,   wea th e r   co n d itio n s   ca n   h av e   n eg ativ e   im p ac o n   th u tili za tio n   o f   r en ewa b le  en er g y   i n   th ese  p la ce s .   Utilizin g   v ar io u s   co n tr o llin g   s ch em es,  s u ch   as  wea th e r   f o r ec asti n g ,   b atter y   m an ag em en t,   m ax im u m   p o we r   p o in t   tr ac k in g   ( MPPT)   s y s tem s   an d   in teg r atin g   th e m   in to   th W PS   is   th way   to   s o lv th is   p r o b lem .   I n cl u d in g   th ese  elem en ts   r ed u c es  th n eg ativ co n s eq u en c es  o f   tem p er atu r f lu ctu atio n s   b y   p r ed ictin g   s u n   ir r ad ian ce .   f r am ewo r k   t o   s im u late  B L DC   s p ee d   r eg u latio n   u s in g   PID   co n tr o ller   was  p r esen ted   b y   Ush et  a l.   [ 1 6 ] .   T h B L DC   Mo to r ' s   s p ee d   co n tr o tech n iq u e s   m ak u s o f   d u al   clo s ed - lo o p   s p ee d   c o n tr o l,   w h er ein   o n lo o p   c o n tr o ls   th g ate  p u ls es,  lim its   cu r r e n t,  a n d   g o v er n s   cu r r e n r eg u latio n .   T h e   o th er   lo o p   d e alt  with   s p ee d   co n tr o l,   wh ich   was  n ee d ed   to   ac h iev th e   r eq u ir ed   s p ee d .   T h e   n ec ess ar y   s p ee d   ca n   b en te r ed   in   s tep s   o r   as  an   in teg er   v alu e.   T h r e f er en ce   s p ee d   was  p r o v id ed   as  co n s tan th at  ca n   b e   alter ed   f o llo win g   th n ee d   to   g et  th e   in t en d ed   s p ee d .   E v en   th o u g h   f u z zy   h as  p r o v en   to   b ev alu ated   in   m ajo r ity   o f   ap p licatio n s ,   it  wa s   o cc asio n ally   d if f icu lt  to   s p ec if y   th r u les  f o r   ce r tain   s itu atio n s .   Su b r am an ian   [ 1 7 ]   s u g g ested   e m p lo y in g   th d y n am ic  p o wer   co n tain m en tech n iq u ( DPC T )   co n tr o to   r e d u ce   q u an tu m   v ib r atio n   an d   m ain t ain   th B L DC   s p ee d .   T h B L DC   was   o p er ated   at  co n s tan s p ee d   u s in g   an   in v er ter .   T h e   p r o p o s ed   co n tr o s y s tem   was  s u b s titu ted   with   th tr a d itio n al  ca s ca d e d   m et h o d   f o r   co n tr o llin g   th B L DC   m o to r ' s   s p ee d   an d   cu r r en t.   Su b s eq u e n tly ,   a n   a d d itio n al  im m ed iate   p ay   m eth o d   was  s u g g ested   to   an ticip ate  th ch an g in   cu r r e n d u r in g   th d ef er r e d   p er io d .   Fu r th er m o r e,   th d ev elo p e d   ap p r o ac h   was  m o r e   ea s ily   u tili ze d   to   s elec th o p t im al  s witch   s tate  f o r   ea ch   cy cl e.   Ho wev er ,   th r ef er en ce   d esi g n ' s   ac cu r ac y   was  n o g u a r an teed   d u to   B L DC   r estrictio n s '   f lu ctu atio n .   An   ad ap ti v f r ac tio n al  o r d er   PID   was  in tr o d u ce d   b y   Van ch in ath an   an d   Selv ag an es an   [ 1 8 ]   f o r   B L DC   en g in s p ee d   m an ag em e n u s in g   th Ar tific ial  B ee   C o lo n y   ( AB C )   ap p r o ac h .   T h s u g g ested   tu n in g   tech n iq u n o o n l y   m in im izes   th er r o r   i n d ice s   b u also   th tim e   d o m ain   p ar am eter s .   An d   also ,   s ig n if ican to   n o te  th at  th er ar lo o f   r estrictio n s   o n   th e   u s o f   Hall  E f f ec t   s en s o r s   b ec au s o f   co m p o n e n f ailu r e,   lo d ep e n d ab ilit y ,   th n ec ess ity   f o r   ce r tain   m ec h an ical  m o u n tin g   ar r an g em e n ts ,   an d   elec tr ical  n o is is s u e s .   T o   p r ev en t   th ese  k in d s   o f   p r o b lem s ,   Kalm an   Fil ter   was   in ten d ed   to   esti m ate  th m o to r ' s   s p ee d .   Hig h er   ass em b ly   tim an d   s ett lin g   tim s p ee d   p er f o r m an ce s   also   r esu lt  in   m o r e   co n s is ten t state  in ac cu r ac y .     E lto u m   et  a l.   [ 1 9 ]   p r esen ted   Fra ctio n al - Or d er   PID   d ep e n d en s p ee d   co n tr o f o r   B L DC   wit h   Var y in g   Sp ee d   Activ ity .   twea k ed   v er s io n   o f   th e   h a r m o n y   s ea r c h   ( HS)   m eth o d   was  c r ea ted   f o r   f in e - tu n in g   FOPID   co n tr o ller   v a r iab les.  T o   test   th m o to r   an d   co n f ir m   th ef f icac y   o f   th s u g g ested   co n tr o ller ,   th r ee   d is tin ct  wo r k in g   cir c u m s tan ce s   ar ap p lied n o   lo ad ,   v a r iab le  lo ad ,   a n d   v ar iab le  s p ee d .   Ad d itio n all y ,   th s p ee d - to r q u e   ch ar ac ter is tics   r ev ea led   th at  wh en   f u zz y   FOPID  co n tr o ller   was  u s ed ,   th lea s n u m b er   o f   o s cillatio n s   o cc u r r e d   d u r in g   th g r ad u al  r e d u ctio n   o f   lo a d .   B u it  tak es  l o n g er   f o r   th s y s t em   to   s ettle  an d   b ec o m s tead y .   Su r y o atm o jo   et  a l.   [ 2 0 ]   p r e s en ted   h o to   u s th ad ap tiv n eu r o - f u zz y   in f er en ce   s y s tem   ( ANFI S)  to   tem p o r ar ily   m an a g B L DC   d r iv er s .   T o   ac h iev s tead y   s tate  in ac cu r ac y ,   th is   s u g g ested   s tr ateg y   also   m o v es  f o r war d   with   s h o r ter   in ter v al s .   I n   co m p ar is o n   to   th o th e r   co n tr o ller s ,   th ANFI co n t r o ller   h as  h ig h e r   s tar tin g   cu r r en an d   to r q u e,   b u it  tak es  less   tim to   r ea ch   th s tead y   s tate  co n d itio n .   T h to r q u was  f u n ctio n   o f   th cu r r en f lo wi n g   th r o u g h   i t.  T h t o r q u was  h ig h er   th b ig g er   th cu r r en t.  R is tim is   d ec r ea s ed   a n d   th m o d el   is   cr ea ted   m o r e   q u ick l y   with   th aid   o f   th e   s u g g ested   ANFI S.  Ho wev er ,   wh en   co n tr o r u le  s itu atio n s   wer t ak en   in to   ac c o u n t,   d if f e r en tia co n tr o ller   b eh av io r   r esu lts   in   in f er io r   o u tc o m es  s o o n er .   w h ale  o p tim izatio n   alg o r ith m   ( W OA)   b ased   s lid in g   m o d e   co n t r o ller   ( SMC )   h as  b ee n   p r esen ted   f o r   PV  B ased   W PS   wh ich   was  d escr ib ed   b y   Ma lla  et  a l.   [ 2 1 ] .   I n   b o th   PS C   an d   n o r m al  c o n d itio n s ,   th h y b r id   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  3 8 ,   No .   1 Ap r il   20 2 5 :   50 - 62   52   W OA - SM C   m eth o d   ef f icien t ly   ex tr ac ts   th m a x im u m   PV  p o wer .   B y   c o m b in i n g   t h e   alg o r ith m   with   th e   in v er ter ' s   SM C ,   th in v er ter   also   f u n ctio n s   as  an   MP PT  f o r   PV  to   lo wer   th s y s te m ' s   co s t.  T h er ef o r e,   ad d itio n al  d c - d c   co n v er ter s   w o n ' b n ee d e d   f o r   MPPT.   Ho wev er ,   b ec au s th e   o u t p u p r o d u ce d   b y   th e   PV  m o d u les  ex ce ed s   th B L DC   s tan d ar d ,   th ex p er im e n tal  test   h as  b ee n   ca r r ied   o u in   lo wer   lig h t.  E f f icien cy   I m p r o v em en o f   PV - W PS   B a s ed   o n   B L DC   Mo to r   u n d er   PS C   h as  b ee n   p r o v en   b y   Am m ar   et  a l.   [ 2 2 ] .   T h e   g o al  o f   th is   wo r k   was  to   en h a n ce   b atter y - f r ee   PV  p u m p in g   s y s tem ' s   p o wer   ex tr ac tio n   ca p ab ilit y .   T o   ac h iev e   MPPT,   D C DC   co n v er ter   h as  b ee n   u tili ze d .   Ad d itio n ally ,   th B L DC   m o to r   was  em p lo y ed   to   im p r o v th e   p u m p in g   s y s tem ' s   d ep en d ab ili ty   an d   to   m ak t h m o s o f   t h p o wer   th at  th e   PV  ar r a y   d eli v er s .   Ad d itio n ally ,   an   MPPT  m eth o d   h as  b ee n   d e v is ed   to   en h a n ce   co n t r o l p er f o r m an ce   in   p ar tial sh ad s ettin g s .   Qasim an d   an d   Aty ia  [ 2 3 ]   p r e s en ted   v o ltag s o u r ce   in v er ter   ( VSI )   wh ich   was  d esig n ed   an d   u s ed   f o r   s o lar   wate r   p u m p   co n tr o l.  I n   o r d er   to   co n s tr u ct  e f f ec tiv an d   d e p en d a b le   s y s tem s   th at  p r o m o te   en v ir o n m en tal  s u s tain ab ilit y   an d   r u r al  d ev elo p m en t,  th s ch em tack les  o p er atio n al  d is p ar ities   an d   ef f icien cy   ch allen g es.  T h e   s u b m e r s ib le  p u m p   s p ee d   is   d ete r m in ed   b y   t h P& MPPT  tech n i q u e   th at   d ep e n d s   o n   th e   PV  p an el' s   p o w er .   T h er was  n o   n ee d   f o r   lo ca tio n   o r   s p ee d   s en s o r s   wh en   u s in g   th s en s o r less   s p ee d   co n tr o m eth o d .   I n   th ab s en ce   o f   m ec h an ical  s p ee d   s en s o r s ,   th b lack   elec tr o - m o tiv es  f o r ce   ( B E MF)   d eter m in es   s p ee d   b y   esti m atin g   th f lu x   an g le.   B y   p r o ce s s in g   with   th e   n ee d   f o r   p r icey   a n d   c o m p lex   s p ee d   s en s o r s ,   th is   tech n iq u lo wer s   ex p en s es  an d   s tr ea m lin es  th s y s tem .   W h ile  m o d er ated ,   th to r q u an d   cu r r en h ar m o n ics  was  s till   th er e.   An   an aly s is   o f   elec tr ical  co n f ig u r atio n   to p o lo g ies  f o r   im p r o v in g   th ef f icien cy   o f   s o lar   p h o to v o ltaic  wate r   p u m p i n g   s y s tem s   ( SP VW PS )   h as  b ee n   s h o wn   b y   C h ad g et  a l.   [ 2 4 ] .   T h in c r ea s in g   im p o r tan ce   o f   SP VW PS   as  a   f ea s ib le  ch o ice  f o r   p r o d u cin g   p o wer   i n   is o lated ,   r em o te,   an d   n o n - elec tr if ied   ar ea s   s er v es a s   wh at  m o tiv ates   th r esear ch .   T h ese  p lace s ,   w h ich   f r eq u en tly   e x is t in   u n d er d ev elo p ed   c o u n tr ies   lik I n d ia,   lac k   ac ce s s   to   tr a d itio n al  elec tr ical  s o u r ce s .   T h m ain   g o al  o f   th is   r esear ch   was  to   s u p p o r t h d ev elo p m e n o f   wate r   s u p p ly   s y s tem s   f o r   r esid en tial  u s ag an d   liv esto ck   d r in k in g   in   r e m o te  p la ce s .   W ater   ex tr ac tio n   u s in g   SP VW PS   h a s   b ee n   v iewe d   as  p o ten tial  s u b s titu te  in   p lace s   with o u ac ce s s   to   tr ad itio n al  p o wer   s o u r ce s .   Ho wev e r ,   a cc u r ate  k n o wled g an d   p r ac tical  co m p eten ce   r eg a r d in g   s y s tem   s izin g   an d   in s tallatio n   ar n ec ess ar y   f o r   th e   wid esp r e ad   ap p licati o n   o f   SP VW PS .   T h d esig n ,   m o d elin g ,   an d   co m p u tatio n   o f   v ar iab le   f r eq u en cy   d r i v ( VFD)   with   L C   f ilter   f o r   wate r   p u m p   h a v b ee n   p r o v e n   b y     Kap p   et   a l.   [ 2 5 ] .   T h e   th r ee - p h ase  in v er ter ' s   d esig n   d ep e n d s   o n   PW g en e r ato r ,   wh ic h   was  cr ea ted   b y   a   d if f er en t   PW g en er ato r   s u b s y s tem .   B o th   with   a n d   with o u an   L C   f ilter ,   cir cu it   an d   v o ltag s ig n al   test in g   was  ca r r ied   o u t.  T h v o ltag e   to   f r eq u en c y   r atio   ( V/F),   th a s er v es  as   th f o u n d atio n   f o r   co n tr o s y s tem   f o r m u latio n   an d   co m p u tatio n   h as  b ee n   d esig n ed   to   m ain tain   m o to r   s p ee d   s tab ilit y   as  f r e q u en cy   s h if ts   f r o m   3 0   Hz  to   5 0   Hz.   I f   th a v er ag e   d a ily   s u n b ath in g   h o u r s   ex ce ed e d   1 0 0 an d   wer i n s u f f icien t o   s u p p l y   5 0   Hz ,   th e   s y s tem   co u ld   m o v e   u p   m i n im u m   o f   9 0 ex tr a   wate r .   T h e   ab o v e - s tated   liter atu r e   s tu d y   ad d r ess es  d if f er en t   alg o r ith m s   an d   co n tr o s ch e m es  f o r   m a x im izin g   th e   ef f i cien cy   o f   s u b m er s ib le  B L DC   m o to r s   in   s o lar - p o wer ed   wate r   p u m p   s y s tem s .   T h p r im ar y   ch allen g es  to   m ax im izin g   B L DC   m o to r   p er f o r m an ce   in   s o lar - p o wer ed   W PS   s y s tem s   ar o s cillatio n s ,   s en s o r   m alf u n ctio n s ,   an d   p ar tial  s h ad in g .   T h co n v e n tio n al   alg o r ith m ' s   h as  in ab ilit y   to   tr ac k   th m ax im u m   p o wer   p o i n in   p ar tial  s h ad co n d itio n   wh ich   r ed u ce d   th e   ef f ici en cy   r esu lts .   Hall  s en s o r s   also   p r o d u ce s   s ev er al  c h allen g es  b ec au s o f   co m p o n en f ailu r e ,   lo w   d ep en d a b ilit y ,   an d   p r o b lem s   with   elec tr ical  n o is e.   Fu r th er m o r e,   m an ag i n g   B L DC   m o t o r s   r eq u ir es   f in d i n g   a   b alan ce   b etwe en   m u ltip le  o b jectiv es  in clu d in g   a d ap tab il ity ,   d ep en d ab ilit y ,   an d   ef f ici en cy .   I n   o r d er   to   m ax im ize  p er f o r m an ce ,   th s y s tem ' s   co m p lex ity   r eq u ir es  ad v an ce d   co n tr o tech n iq u e s   an d   alg o r ith m s ,   th er ef o r in n o v ativ tech n iq u es  m u s b d ev elo p ed   to   g et  o v er   th ese  ch allen g es  an d   g u ar an tee  th ef f ec tiv an d   l o n g - ter m   o p er atio n   o f   s o lar - p o wer ed   W PS .   T h er ef o r e,   th is   r esear ch   p r o p o s ed   I MO - MP& to   en h an c e   th ef f icien cy ,   r eliab ilit y ,   an d   p er f o r m an ce   o f   s o lar - p o wer ed   W PS   u s in g   B L D C   m o to r s .   T h m ajo r   c o n tr ib u tio n   o f   th is   wo r k   is   as f o llo ws,     Her e,   b id ir ec tio n al  co n v e r ter   with   I MO - MP& is   p r o p o s ed   to   r eg u late  th v o ltag lev e o f   th B L DC   m o to r   at  d if f er en ir r a d iatio n   co n d itio n s .   Fu r th e r ,   it  is   in ten d ed   to   m o d if y   t h d u ty   cy cle  f o r   co n tr o llin g   th o u tp u t v o ltag o f   th c o n v er ter .       Als o ,   s en s o r less   co n tr o s tr ateg y   is   u s ed   to   en h an ce   th s y s tem   ef f icien c y   b y   m i n im izin g   t h d ep en d a b ilit y   o n   h all  s en s o r s .       Mo r eo v er ,   MA T L AB / Simu lin k   is   u s ed   to   an aly ze   th p er f o r m an ce   p ar a m eter s   o f   th I M O - MP& o n   s u b m er s ib le  B L DC   m o to r .   T h o r g an izatio n   o f   th is   r es ea r ch   is   m en tio n e d   as   f o llo ws:   Sectio n   2   ex p lain s   th p r o ce s s   an d   m o d ellin g   o f   B L DC   m o to r .   Sectio n   3   p r o v i d es  th d escr ip tio n   ab o u p r o p o s ed   I MO - MP& m eth o d .   Sectio n   4   d em o n s tr ates th r esu lt a n aly s is   an d   its   co m p ar is o n .   Fin all y ,   s ec tio n   5   s tates th co n clu s i o n   o f   th is   s tu d y .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52         A   h yb r id   co mb i n a tio n   o f imp r o ve d   ma yfly  o p timiz a tio n   b a s e d   mo d ified   …  ( Da tta tr a S u r y ka n t S a w a n t )   53   2.   P RO P O SE M E T H O D   Fig u r 1   d ep icts   an   o v e r all  b lo ck   d iag r am   th at  co n tain s   m u lti - s tag s o lar   PV - W P w ith   s ev er al  p o wer - elec tr o n ic  co m p o n e n ts .   T h wate r   is   k e p in   tan k s ,   w h ich   s er v as  s to r a g an d   o r g a n ize  with   th n ee d   f o r   b atter ies  well  to   s av e   f r o m   f ew  d e p en d a b le  r e q u ir e m en ts .   PV  ar r a y s   ar m ad e   u p   o f   a   s er ies - p ar allel  ar r an g em e n o f   PV  m o d u les  th at  ar co n n ec ted   f o llo win g   th v o ltag r eq u ir e m en ts .   T h e   PV  o u tp u p o wer   f lu ctu ates  ac co r d in g   to   ch a n g es  in   ir r ad iatio n .   T h u s ,   PV  ar r ay   o u g h to   b r u n   at  its   m ax i m u m   p o we r   tak i n g   tem p er atu r e,   o r   MPPT.     T h s y n ch r o n o u s   m o to r   is   p o wer ed   b y   th DC - DC   co n v er ter ' s   o u tp u t,  wh ich   is   r ec eiv ed   b y   th e   th r ee - p h ase  VSI .   W h en   s elec t in g   s o lar   wate r   p u m p s ,   t h p u m p in g   h ea d   an d   d aily   wate r   r eq u ir em en t   s h o u ld   b tak en   in to   ac c o u n t.   W ater   p u m p in g   ap p licatio n s   ar wh er s u b m er s ib le  p u m p s   a r m o s f r eq u e n tly   u s e d   [ 2 6 ] .   Dir ec cu r r en p o wer   g e n er atio n   f r o m   s o lar   en er g y   is   f ac ilit ated   b y   th p - n   ju n ctio n   i n   s o lar   ce lls .   T h er ar two   v ar ian ts   o f   t h PV  m o d el' s   co m p ar ab le  cir cu it:  s in g le  d io d an d   d o u b le  d i o d e.   I is   r ec o m m en d ed   th at   an aly tical  r esear ch   an d   d esig n   b c o n d u cted   u s in g   s in g le  d io d es.  L o ca tio n ,   o p er atin g   c o n d itio n s ,   a n d   r is in g   tem p er atu r es  all  h a v b ig   im p ac o n   PV  p o wer .   B y   co n n ec tin g   th s o lar   m o d u les  in   eith e r   p ar allel  o r   s er ies,  o n m a y   ascer tain   th e   v o lta g e   an d   ca p ac ity   o f   PV  wh ich   r a is es  th MPP.  T h PV  ce ll' s   V - I   ch ar ac ter is tic  is   r ev ea led   in   Fig u r 2 .           Fig u r 1 .   Ov e r all  b lo ck   d iag r a m   f o r   t h p r o p o s ed   m o d el           Fig u r 2 .   V - I   p r o p er ties   o f   PV   ce ll       In   ( 1 )   is   u tili ze d   to   d etec t th o u tp u p o wer ,      ( ) =  ( ) ×  ( )   ( 1 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  3 8 ,   No .   1 Ap r il   20 2 5 :   50 - 62   54   t h cu r r e n an d   v o ltag ar d e clar ed   in   ( 2 )   an d   ( 3 ) .      ( ) =  { 1 1 [  ( 2 ×  ) ] } + ( )   ( 2 )      ( ) = +  . ( )   ( 3 )      &    is   s ig n if ied   as  o p en   cir c u it  v o ltag an d   s h o r cir cu it  c u r r e n t;  C ap ac itan ce s   ar s tated   as  1   an d   2   is   r ep r esen ted   as  m ax i m u m   v o ltag wh ich   ar r ep r e s en ted   in   ( 4 ) - ( 7 )   ac co r d in g ly .   W h er e,     is   s tated   as m ax im u m   cu r r en t;   , s t ated   as   ce ll tem p er atu r e;   ( ) s tate d   as th lev el  o f   ir r ad iatio n .     1 = ( 1  ) ×  ( 2 ×  )   ( 4 )     2 = (  1 ) × [  ( 1  ) ] 1   ( 5 )     ( ) =  (  ( ) 1 ) + 1 ,  × ( )   ( 6 )     ( ) = ( ) ,   ( 7 )     T h s elf - in d u cta n ce   an d   s tato r   r esis tan ce   o f   ea ch   win d i n g   ar ass u m ed   to   b e q u al  in   th e   B L DC   m o d el.   I n   ( 8 )   p r o v id es a   m atr ix   ex p r ess io n   f o r   th ar m atu r o f   DC   m ac h in es.  T h is   eq u atio n   is   s im ilar   to   th s tato r   p h ase  v o ltag e q u atio n   o f   B L DC   m o to r s .     [ ] = [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] [ ] + [ 0 0 0 0 0 0 ]  [ ] + [ ]   ( 8 )     R a R b   an d   R c   d en o te  th ter m in al  r es is tan ce s V a , V b   a n d   V c   r ep r esen th s tato r   p h ase  v o ltag es.    i a i b   an d   i c   r ef er s   to   m o to r   in p u cu r r en ts ;   E a E b   an d   E c   r ef er s   tr a p ez o id al  b ac k   em f .   T h to r q u o f   B L DC   i s   ass es s ed   b y   ( 9 ) :     =   ( 9 )     wh er e,   P = E a i a + E b i b + E c i c I n   ( 1 0 )   is   em p lo y e d   to   p r e d ict  th to r q u in   th s y n ch r o n o u s ly   r o tatin g   f r am es:     = 3 2 2 [ (  +   )  + (  +   )  ]   ( 1 0 )     wh er e,   φ sq = L q i sq + φ rq   an d   φ sd = L d i sd + φ rd p n   r ef e r s   th n u m b er   o f   p o les;   θ r   ch ar ac ter izes  th r o to r   an g le;  φ rd φ rq φ sd   an d   φ sq   r ef er s   th r o to r   an d   s tato r   f lu x   lin k ag es.       3.   M AYF L O P T I M I Z A T I O   User s   o f   th e   I MO   d eter m in e   th d u t y   c y cle  o f   th e   co n v er t er th o u tp u o f   th e   I MO   is   th co n tr o l   s ig n al,   wh ich   is   g au g o f   th ef f icien cy   o f   th f e r tili ty   r ate.   B ec au s th m ale  m ay f li es  ar co n s is ten tly   s tr o n g er ,   th e y   will  lik ewise  p er f o r m   b etter   in   ter m s   o f   au g m en tatio n .   T h e   MO   ap p r o ac h   [ 2 7 ]   m o d if ies  th e   p o s itio n s   o f   th v ar iab les  b ased   o n   th eir   cu r r e n p o s itio n s   ( )   with   th s am s ettin g s   a s   th o p tim izatio n   alg o r ith m s   an d   v elo city   ( )   at  th cu r r en iter atio n .   I n   ( 1 1 )   i s   u s ed   to   ch an g th p lace m en ts   o f   ev er y   m ay f ly .   On   th o th e r   h a n d ,   its   v elo city   co u l d   ex p e r ien ce   s o m ch an g es.     ( + 1 ) = ( ) + ( + 1 )   ( 1 1 )     3 . 1 .     P r o ce s s   o f   M O   in t er m s   o f   s t a g es    T h p r o ce s s   o f   MO   alg o r ith m s   co n tain s   th m ale  m a y f ly   m o v em en t,  f em ale  m ay f ly   m o v e m en t a n d   i ts   m atin g   wh ich   ar ex p lain ed   as f o llo ws.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52         A   h yb r id   co mb i n a tio n   o f imp r o ve d   ma yfly  o p timiz a tio n   b a s e d   mo d ified   …  ( Da tta tr a S u r y ka n t S a w a n t )   55   3 . 1 . 1 .   M o v em ent s   o f   ma le  ma y f lies     T h v elo city   is   u p d ated   b y   o r ig in al  f itn ess   ( )   an d   b est  f itn ess   in   ea r lier   m o v em en ts   ( )    ( ) > ( ) ,   th ea r lier   id ea l   m o v em en ts   ar s tated   in   ( 1 2 ) ,   w h er   is   d ec lar ed   as  a   v ar iab le; 1 , 2        ar m en tio n e d   as  s tab le.   T h C ar tesi an   s p ac in g   is   m en tio n ed   as       th at  is   d ec lar ed   in   ( 1 3 ) .     ( + 1 ) = . ( ) + 1 2 [ ( ) ] + 2 2 [ ( ) ]   ( 1 2 )     = (   ) 2 = 1   ( 1 3 )     3 . 1 . 2 .   F ema le  ma y f ly s   m o t i o n   Ma y f lies   wer ab le  to   d is tin g u is h   th em s elv es  v ia  s u b tle  m o v em en ts .   MO   ap p r o ac h   s u p p o s ed   th at  th e   m o s f it  m ale  an d   f em ale   m a y f lies   h ad   to   m ate  f ir s t.  T h o th er   m ale  a n d   f em ale  m a y   h av b r e d   s im ilar l y T h er ef o r e,      ( ) < ( ) ,   in   ( 1 4 )   is   wr itten   as,     ( + 1 ) = . ( ) + 3  2 [ ( ) ( ) ]   ( 1 4 )     3   is   ac k n o wled g ed   as a n   alter n a tiv co n s tan t.  C ar tesi an   d is tan ce   is   s tated   as  .     3 . 1 . 3 .   M a t ing   o f   m a y f lies     T h u p p er   h alf   o f   th e   m a y f lies   ar ca p a b le  o f   m atin g   an d   p r o d u cin g   two   o r   m o r e   o f f s p r i n g .   T h e   m an n er   ex p r ess ed   in   ( 1 5 )   an d   ( 1 6 )   s u g g ests   th at  th r ate  at  wh ich   th eir   p r o g en y   s ep ar ate  f r o m   th eir   m o m s   is   r an d o m .   W h er Gau s s   d is tr ib u tio n   i s   s tated   as  .      1 = ×  + ( 1 ) ×     ( 1 5 )      1 = ×   + ( 1 ) ×    ( 1 6 )     3 . 2 .     P r o ce s s   o f   im pro v ed  m a y f ly   o pti m iza t io n   Me m b er s   o f   s war m   r an d o m l y   alter   th eir   v elo cities  u n d er   ce r t ain   co n d itio n s ,   as  s h o wn   b y   ( 1 3 )   an d   ( 1 5 ) ,   wh ic h   s u p p o r th is   [ 2 8 ] .   I n   ( 1 7 )   s h o ws  th at  with   ex tr co n tex t,  th ad j u s ted   d is tan ce ' s   p ar ts   ap p ea r   as   b elo w.   T o   ac c o m m o d ate  s o m e   s itu atio n s ,   in   ( 1 7 )   s h o u ld   b i m p r o v e d ,   as r ev ea le d   in   s u b s e q u en ( 1 8 ) .     = 2 ( )   ( 1 7 )     = ( )   ( 1 8 )     MPPT  ac cu r ac y   is   en s u r ed   b y   th h y b r id   I MO - MP& alg o r ith m ' s   f lex ib ilit y   in   r es p o n d in g   to   s h if tin g   en v ir o n m en tal  f ac to r s   lik p ar tial  s h ad in g .   T h p ar am eter s   o f   th alg o r ith m   ar ca p ab le  o f   b ein g   ad ju s ted   to   ac co m m o d ate  v ar i o u s   PV  p an el   s etu p s   an d   cli m atic  cir cu m s tan ce s .   r atio n al  an d   th eo r etica lly   s tr o n g   m eth o d   f o r   m a x im izin g   th ef f icien c y   an d   d e p en d a b ilit y   o f   s o lar - p o wer ed   W PS   is   p r o v id ed   b y   t h e   Hy b r id   I MO - MP& alg o r ith m .   Fo r   p r ac tical  W P ap p licatio n s ,   th is   m eth o d o lo g y   o f f er s   r eliab le,   ef f ec tiv e   an d   s ca lab le  s o lu tio n   b y   co m b in in g   th a d v an tag es o f   I MO - MP& O.     3 . 3 .     Sens o rless   co ntr o l schem e   Ad d itio n ally ,   s en s o r less   C o n tr o s av es  m ain ten an ce   r e q u ir em en ts ,   b o o s ts   d ep en d a b ilit y ,   an d   s im p lif ies  th s y s tem   b y   d o in g   awa y   with   h all  s en s o r s .   T h s u g g ested   Hy b r id   I M O - MP& alg o r ith m   im p r o v es  t h o v er all  e f f icien c y ,   d e p en d a b ilit y ,   a n d   m ain tai n ab ilit y   o f   s o lar - p o wer ed   W PS   b y   i m p lem en tin g   s en s o r less   co n tr o l.  T h c o n tr o b lo ck   d iag r am   o f   ze r o   cr o s s in g - b ased   b ac k - E MF  Su b m er s ib le  B L DC   m o to r   with   s en s o r less   co n tr o is   s u g g ested   in   th is   r esear ch .   T h m o to r ' s   lin v o ltag es  ar d etec t ed   b y   th r ee   v o ltag e   s en s o r s .   s tr aig h tf o r war d   r e s is tiv d iv id er   cir cu it  is   u s ed   to   s ca le  d o wn   th o b s er v ed   in p u lin v o ltag es   b ef o r f ee d in g   th em   in to   t h d ig ital  s ig n al  co n tr o ller ' s   an alo g - to - d ig ital  co n v er ter .   T h lin v o ltag d if f er en ce s   a r th e n   co m p u ted .   T h e   cu r r e n tr a v elin g   t h r o u g h   th win d in g   d o es   n o t   in s tan tly   s to p   b ec a u s o f   th m o to r   i n d u ctan ce ;   in s tead ,   it tr av els  in   d if f er e n t d ir ec ti o n   th r o u g h   th f r ee wh ee lin g   d io d es [ 2 9 ] .     As  r esu lt,  b ac k - E MF  ze r o - c r o s s in g   in s tan ts   ar e   f alsely   d e tecte d .   Her e,   l o w - p ass   f ilter   ( L PF )   is   em p lo y ed   in   t h s u g g ested   c o n tr o s ch em to   f ilter   th e   v o ltag s p ik es  ca u s ed   b y   th e   co n d u cti o n   o f   th e   f r ee wh ee lin g   d io d e.   T h is   is   d o n u s in g   s am p le  an d   h o ld   cir cu it.  T h er ar two   b en ef i ts   to   em p lo y in g   an   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  3 8 ,   No .   1 Ap r il   20 2 5 :   50 - 62   56   L PF .   First,  i r em o v es  th h ig h er   f r e q u en c y   v o ltag co m p o n en ts   f r o m   th p u ls wid th   m o d u latio n   ( PW M)   o p er atio n   as  well  as  th v o ltag s p ik es  ca u s ed   b y   d io d co n d u ctio n .   Seco n d ,   t h n ec ess ar y   p h ase  s h if f o r   d r iv in g   th c u r r en ts   f o llo win g   th ze r o - cr o s s in g   d etec tio n   ca n   b ac h iev ed   b y   d esig n i n g   th f ilter ' s   cu t - o f f   f r eq u e n cy .   W h en   th r o to r   i s   s tatio n ar y   an d   its   p o s itio n   is   u n k n o wn ,   th b ac k - EMF   is   in itially   ze r o .   T h er ef o r e,   b y   s tim u latin g   an y   two   p h ases   o f   th e   B L DC   m o to r ,   th e   r o to r   is   p r ep o s itio n ed   [ 3 0 ] .   Af ter wa r d ,   a   p h ase  co m m u tatio n   s tar t - u p   p r o ce d u r is   u s ed   u n til  th m o to r   p r o d u ce s   s u f f ici en b ac k - E MF  f o r   s u b m er s ib le  B L DC   m o to r .   Fig u r e   3   s h o ws th f lo d iag r am   f o r   s en s o r less   co n tr o o f   s u b m er s ib le  m o to r .           Fig u r 3 .   Flo d ia g r am   f o r   s e n s o r less   co n tr o l o f   s u b m er s ib l m o to r       3 . 4 .     M o dified  pert urb a nd   o bs er v   I is   an ticip ated   th at  MP& will  ad d r ess   th d r if is s u b y   in co r p o r atin g   th c u r r en a n d   v o ltag e   v ar iatio n   d ata   (   an d   ) .   T o   s o lv th d r i f is s u e,     an d     cir cu its   ar ad d e d   to   t h MP& O.   T h e   MPPT   ca n   f in d   th MPP  ev e n   in   t o tal  s h ad s in ce   MP& ca n   o v er co m th c o n s tr ain ts   o f   f ew  p ea k s   b y   ad ju s tin g   th s tep   v alu e.   W h en   MP& r ea ch es  its   m ax im u m   v alu e,   p o wer   lo s s   an d   in s tab ilit y   s to p   d ec r ea s in g   [ 3 1 ] .   C o n s eq u en tly ,   th er ar f ewe r   f lu ctu atio n s   an d   q u ick er   ti m to   r ea ch   th o p tim al  f u n cti o n in g   o cc asio n .   T h e   m ain   d if f er en ce   am o n g   P& O - MP& is   th d r if tin g   p r o b l em ,   wh ich   is   r eso lv ed   in   th is   o p tim izatio n   by  v ar y in g   th v o ltag an d   cu r r e n t.  I f   th ir r ad ian ce   is   h i g h er ,   MP& o b s er v e     an d    asn u ll  an d   h en ce ,   d u ty   cy cle  is   d e v elo p ed   th r o u g h    th at  is   s tated   as v ar iab le  s tep   s ize  wh ich   is   r ep r esen ted   in   ( 1 9 ) .      = ± | |   ( 1 9 )     W h er s h if in   in cid en ce   is   d ef in ed   as    an d   f ix ed   r estricti o n   is   s p ec i f ied   as  .   Nu m er o u s   co s t - ef f ec tiv an d   s cien tific ally   s o u n d   ap p r o ac h es  alr ea d y   ex is f o r   cr ea tin g   h y b r id   en er g y   s y s tem   [ 3 2 ] .   Usi n g   th f o llo win g   m eth o d s ,   th is   p r o ce d u r e   ca n   b ca r r ie d   o u u n til  th PV  s y s tem   u n d er   PS C   ac h iev es  th g lo b al   o p tim u m   p o s itio n   f o r   Vm p p .       4.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   Usi n g   th s u g g ested   I MO - MP& O,   th Simu lin k   ex am p le  f o r   B L DC   m o to r   s p ee d   co n tr o is   v er if ied   u s in g   MA T L AB   s o f twar e.   T o   v alid ate  th is   s im u lated   m o d e l,  an   I n tel  ( R )   C o r e   i3   co m p u ter   ch ip   r u n n in g   at   2 . 5 3   GHz ,   8   GB   R AM ,   an d   6 4 - b it  OS  ar also   r eq u i r ed .   T h is   p ap er   p r o p o s es  th I MO - M P& ap p r o ac h   f o r   B L DC   en g in s p ee d   m an ag e m en t.  T h eq u iv alen m o d el  is   u s ed   to   ca lcu late  th cu r r en p r o d u ce d   b y   th PV,   an d   T ab le  1   lis ts   th p ar am ete r s   o f   B L DC   m o to r s   an d   PV a r r ay s .   T h s u g g es ted   s y s tem   o f f er s   s ig n if ican ad v a n tag es  s u ch   as  en h an ce d   r esil ien ce   an d   ea s o f   co n t r o l,   allo win g   f o r   tech n iq u e   m o d if icatio n s .   Acc o r d i n g   t o   th e   I M O - MP& s im u latio n   f in d i n g s   u s in g   MA T L AB   to   co n tr o l th m o to r   s p ee d ,   th d esire d   s p ee d   is   attain ed   with   f ast er   r esp o n s tim as c o m p ar ed   to   co n v e n tio n al   co n tr o ller s .   T h d y n am ic  ch ar ac ter is tics   o f   B L DC   ar o b tain ed ,   an d   an al y s is   r ev ea ls   th at  th s u g g ested   ap p r o ac h   is   in c r ed ib ly   ef f ec tiv in   co n t r o llin g   th e   B L DC   m o to r   v ia  a   wid e   s p ee d   lim it.  T h s p ee d   co n tr o ller   is   u s ed   s ep ar ately   f r o m   th e   I MO - MP& O.   Valu es  f o r   er r o r   r atio ,   s ettlin g   tim e,   an d   s p e ed   ar e   u s ed   i n   th e   p er f o r m an ce   an al y s is .   Fig u r e   4   s h o ws h o th B L DC   en g in is   co n tr o lled   u s in g   I MO - MP& O.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52         A   h yb r id   co mb i n a tio n   o f imp r o ve d   ma yfly  o p timiz a tio n   b a s e d   mo d ified   …  ( Da tta tr a S u r y ka n t S a w a n t )   57   T ab le  1 .   Sp ec if icatio n   o f   o v er all  s ettin g   p ar am eter s   P a r a me t e r s   V a l u e   M a x i m u m   p o w e r   ( P m a x )   3 3 5   ( 0 - 3 %)   M a x i m u m   v o l t a g e   ( V mp )   3 9 . 2 4   V   To l e r a n c e   f o r   V o c   & I sc   5%   M a x i m u m   c u r r e n t   ( I mp )   8 . 5 4   A   M a x i m u m   s y s t e m   v o l t a g e   1 5 0 0 V D C   M a x i m u m   s e r i e f u se   A   A p p l i c a t i o n   c l a ss   15A   P r o t e c t i o n   a g a i n   a t   e l e c t r i c a l   s h o c k   II   M o d u l e   s i z e   1 9 8 5   ×   1 0 0 0   ×   3 5   mm   M o d u l e   w e i g h t   2 2   k g   F i l l   f a c t o r   7 9 . 0 7 %   A mp l i t u d e   2 2 0   V   M o d u l e   e f f i c i e n c y   1 6 . 8 8 %   P o w e r   3   h p   F r e q u e n c y   6 0   H z   S t a t o r   i n d u c t a n c e   Ls  ( H )   8 . 5 e - 3   S p e e d   1 6 5 0   r p m   V o l t a g e   3 0 0   V d c   F l u x   l i n k a g e   ( V . s)   0 . 1 7 5   S t a t o r   r e s i st a n c e   R s ( o h m)   0 . 2   I n e r t i a ,   v i sc o u d a m p i n g ,   p o l e   p a i r s ,   s t a t i c   f r i c t i o n   [ J ( k g . m 2 )   F   ( N . m.s)   p   ( )   Tf   ( N . m) ]   [ 0 . 0 8 9 , 0 . 0 0 5 , 4 ]   B a c k   EM F   f l a t   a r e a   ( d e g r e e )   1 2 0           Fig u r 4 .   MA T L AB   d esig n   o f   p r o p o s ed   m eth o d o lo g y       4 . 1 .     P er f o r m a nce  a na ly s is   o f   P V   I wo u ld   b i n ter esti n g   to   e n h an ce   t h is   s y s tem   b y   a d d in g   f ew   f ea tu r es  t o   th e   v o lt ag s o u r ce   in v er ter ,   s u ch   as  ac tiv p o wer   f ilter in g   an d   p o wer   f ac to r   a d ju s tm en t.  C u r r en h a r m o n ics  f r o m   n o n lin ea r   lo a d s   co n n ec ted   to   th g r id   d eg r a d e   th m ain s   p o wer   q u ality .   T h i s   ar m atu r cu r r en ca n   b e   co m p en s ated   f o r   with   ac tiv p o wer   f ilter s .   I f   PV is   li n k ed   to   th g r id ,   v o ltag r eg u latio n   is s u es m ig h t c o m u p .   Ho wev er ,   in cr ea s in g   v o ltag with in   th n etwo r k   c an   lead   to   lev els  ex ce ed in g   th p er m itted   b an d wid t h   o f   5 %.  T h i n ter m itten t   n atu r o f   p h o t o v o ltaics  m ak e s   v o ltag v ar iatio n s   co m m o n   as  well.   T h is   m ig h ca u s v o ltag f lu ctu atio n s   in   ad d itio n   t o   f r eq u e n tly   tam p er i n g   with   v o ltag e   r e g u lato r s   ca r r y in g   th em   o u t.   T h e   MPPT  ef f icien cy   f ig u r es  a n d   MPP  p o wer   o u tco m es  ar s h o wn   i n   T ab le  2 .   T ab le  2   u n e q u iv o ca lly   d em o n s tr ates  th at  th r ec o m m e n d ed   I MO - MP& attain s   h ig h er   d eg r ee   o f   ef f icien c y   ( 9 9 . 5 8 %)  th an   th cu r r en t te ch n iq u es.       T ab le  2 .   C o m p a r ativ an aly s is   o f   th p r o p o s ed   m eth o d   Te c h n i q u e s   O b t a i n e d   M P P   p o w e r   (W)   Ef f i c i e n c y   ( %)   MO - P &O   2 5 9 . 7 5   8 7 . 3 1   I M O - P &O   2 8 6 . 3 4   9 2 . 3 7   I M O - M P &O   3 0 2 . 5 7   9 9 . 5 8     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  3 8 ,   No .   1 Ap r il   20 2 5 :   50 - 62   58   T o   g et  th PV  to   o p er ate   at  th MPPT,   b o o s co n v er ter   is   u s ed .   I n   s u c h   ca s es,  ch an g i n   lo ad   will  alter   th d u ty   cy cle   o f   th e   b o o s co n v er ter .   As  r esu lt,  l o ad   c u r r en t   co u ld   c h an g e   in   th ev en t   o f   a   lo ad   in cr em en t/d ec r em e n wh ic h   d ir ec ts   th PV  to   n ew  MPPT  p o i n t.  C o n s eq u e n tly ,   t h c o n n ec ted   lo ad   will   d eter m in h o th MPPT  v alu ch an g es.      4 . 2 .     Vo l t a g a nd   curr ent   in M P P T     T h MPPT  m ea s u r es  ar d is p lay ed   in   Fig u r es   5   an d   6 .   T h r esu lts   s h o th at,   in   ter m s   o f   MPPT   ef f icien cy ,   I MO - MP& p er f o r m s   b etter   th an   th co n v en tio n al  tech n iq u e s .   As  illu s tr ated   in   Fig u r es  5   an d   6 ,   I MO - MP& p r o v id es  im p r o v ed   ef f icac y   in   b o th   c o n s tan an d   d y n a m ic  p h ases .   I M O - MP& O's  cu r r en t   s witch in g   b etwe en   v ar iab le  a n d   s tead y   m o d es  m ak es  it  o p er ate  m o r ef f ec tiv el y .   T h W PS   p o wer ed   b y   B L DC   m o to r   an d   s u p p lied   b y   s o lar   o p e r ate  m o r ef f icien tly   d u to   th I MO - MP& alg o r ith m .   T h e   s u g g ested   ap p r o ac h   s u cc ess f u lly   m o n ito r s   th e   m o to r   s p ee d   ab o v e   th m in im ally   n ec ess ar y   s p ee d   a n d   tr ac k   th m ax im u m   p o wer   p o in t .           Fig u r 5 .   Vo ltag e   at  MPPT       Fig u r 6 .   C u r r e n t a t M PP T       4 . 3 .     P er f o r m a nce  o f   B L DC  m o t o r   T h r ef er en ce   s p ee d   an d   p r ed icted   s p ee d   er r o r   ar u s ed   to   r elate   th B L D C   m o to r   s p ee d ,   wh ich   is   tak en   as f ee d b ac k .   T h a n ticip ated   s p ee d   er r o r   an d   ch an g in   s p ee d   er r o r   ar ex p ec ted   to   b e   in   th d ir ec tio n   o f   th p r o p o s ed   I MO - MP& O,   with   th r ef er en ce   s p ee d   v al u b ein g   1 6 5 0   r p m .   Fig u r e   7   s h o ws  th er r o r   p r o p o r tio n   u p s id es  o f   th B L DC   en g in e.   T h e   B L DC   en g in e' s   ass e s s ed   s p ee d   is   d is p lay ed   in   Fig u r e   8 .   Sen s o r s ,   s u ch   as  p o s itio n - d ete ctin g   co n t r o s en s o r s ,   a r u s ed   to   o p er ate  B L DC   en g in es.  I t   m u s b f ea s ib le  to   co n tr o th e   s p ee d   u s in g   s tan d ar d   PID   a n d   PI  r eg u lato r s .   B L DC   en g in es  ar im p o r tan f o r   v a r iety   o f   ap p licatio n s .   Fu r th er m o r e ,   at  h ig h er   s p ee d s ,   th to r q u r ip p le  b ec o m es  u n co n tr o llab le.   T h u s ,   ev en   with   th b est  r ip p le  elim in atio n   tech n iq u e,   n o   in cr ea s in   ef f icien c y   is   s ee n   at  h ig h er   s p ee d s .   W ith in   th s p ec if ied   s p ee d   r an g e,   an   im p r o v em en i n   ef f icien cy   is   n o te d   b ec a u s th t o r q u e   r ip p le   is   elim in ated   o n l y   at  lo wer   s p ee d s .   W h ile  co m p ar ed   t o   an   in d u cti o n   o r   b r u s h ed   DC   m o to r ,   th p r esen ted   B L DC   m o to r   d eliv e r s   g o o d   am o u n t o f   wate r   ev en   at  lo s p ee d s   b ec au s o f   its   h ig h   ef f icien c y .   Fig u r 8   s h o ws  th m ea s u r ed   t o r q u o f   th B L DC   en g in e.   B L DC   en g in es a r o p er ated   b y   s en s o r s ,   s u ch   as p o s itio n - de tectin g   co n tr o l sen s o r s .   T h s p ee d   m u s t b m an ag ea b le  with   c o n v e n tio n al   PID   an d   PI  r e g u lato r s .   B L DC   en g in es a r cr u cial  f o r   m an y   d if f er en u s es.           Fig u r 7 .   E r r o r   r atio   v al u es  f o r   B L DC   m o to r       Fig u r 8 .   T o r q u f o r   B L DC   m o to r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52         A   h yb r id   co mb i n a tio n   o f imp r o ve d   ma yfly  o p timiz a tio n   b a s e d   mo d ified   …  ( Da tta tr a S u r y ka n t S a w a n t )   59   T h PV  ar r ay ' s   m ax im u m   p o wer   av ailab le   co n tr o ls   th e   s p ee d .   An y   ch a n g e   in   th e   at m o s p h er ic  co n d itio n s   af f ec ts   th PV  ar r ay ' s   p o wer   o u tp u t,  wh ich   in   t u r n   af f ec ts   th B L DC   m o to r ' s   s p ee d .   T h B L DC   m o to r   in   th s o lar   PV  f ed   W PS   i s   in ten d ed   to   b o p er ated   at  s p ee d   h ig h er   th a n   1 1 0 0   r p m ,   ( i.e . )   th e   m in im u m   s p ee d   n ee d ed   to   p u m p   th wate r .   T h B L DC   e n g in e' s   ass es s ed   s p ee d   is   d is p lay ed   i n   Fig u r e   9 .   T h er ef o r e,   th u s ag o f   L PF   r em o v es  th d io d e - ca u s ed   v o ltag s p ik es,  f ilter s   th P W M - ca u s ed   h ar m o n ic  co m p o n en ts ,   an d   p r o v id es a n   ad eq u a te  d ela y   f o llo win g   th z er o - cr o s s in g   in s tan t.  B ec au s o f   th is ,   th m o t o r   is   s u cc ess f u lly   co m m u tated   b y   t h v ir tu al   h all  s ig n als  p r o d u c ed   b y   th s en s o r less   alg o r ith m   u n til  it  r ea ch es  its   r ated   s p ee d .           Fig u r 9 .   Sp ee d   f o r   B L DC   m o to r       4 . 4 .     Co m pa ra t iv a na ly s is   T h is   m eth o d   g u ar a n tees  o p tim al  p er f o r m an ce   a n d   d ep en d ab ilit y   b y   tr ac k i n g   th e   MPP  an d   m ain tain in g   th m o to r   s p ee d .   Sev er al  ap p r o x im atio n s   ar m ad to   ev alu ate  th e   B L DC   en g in an d   MPPT  ef f icien cy .   T a b le  3   s h o ws  th e   co m p ar ativ e   an al y s is   o f   MP PT  ef f icien cy   with   th e x is tin g   P& O - MPPT  [ 2 3 ] .   T h co m p a r is o n   is   m ad u n d e r   d if f er e n t ir r ad iatio n   v alu es w h ich   ar s h o wn   in   T ab le  3.   T ab le  3   m ak es   it  ev id e n th at   t h ex is tin g   P& O - MPPT  [ 2 3 ]   i s   ac h iev ed   less   ef f icien cy   th an   p r o p o s ed   I MO - MP& with   r esp ec to   d if f er e n ir r a d iatio n s .   W h ile  th ex is tin g   P& O - MPPT  [ 2 3 ]   h as  o b tain ed   an   ef f icien cy   o f   9 9 . 4 %,  b u th e   p r o p o s ed   I MO - MP& h as  ac co m p lis h ed   h i g h er   ef f icien cy   o f   9 9 . 5 8 %.  T ab le  4   s h o ws th co m p ar ativ a n aly s is   o f   p u m p   ef f icien c y   with   ex is tin g   SP VW P S [ 2 4 ] .   Fro m   th T ab le  4 ,   it  clea r ly   s h o ws  th at  p r o p o s ed   I MO - MP& ac co m p lis h ed   h ig h e r   p u m p   ef f icien cy   an d   av er a g p u m p   ef f icie n cy   o f   7 9 . 6 4 an d   7 0 . 3 9 r esp ec tiv ely .   W h ile  th ex is tin g   SP V W PS   [ 2 4 ]   h as  o b tain ed   an   ef f icien cy   o f   7 4 . 5 9 an d   6 3 . 8 7 r esp ec tiv ely .   T h f in d in g s   d em o n s tr ate  th at   th c o n ce p t   v ia  t h e   I MO - MP& ex ce ed s   th cu r r en t a p p r o ac h   in   all  th p atter n s .       T ab le  3 .   C o m p a r is o n   o f   MPPT  ef f icien cy   I r r a d i a t i o n   Ef f i c i e n c y   ( %)   P &O - M P P [ 2 3 ]   P r o p o se d   I M O - M P &O   9 2 0     N / A   9 9 . 5 8   8 4 3     N / A   9 9 . 5 2   3 6 7     N / A   9 9 . 4 6   3 1 3   9 9 . 3   9 9 . 4 1   2 6 3   9 9 . 2   9 9 . 3 3   2 2 3   9 8 . 9   9 9 . 2 4   1 8 3   9 8 . 2   9 9 . 1 2   1 1 2   9 9 . 4   9 9 . 4 1   88   9 9 . 1   9 9 . 2 2   56   9 8 . 4   9 8 . 8 9       T ab le  4 .   C o m p a r is o n   o f   p u m p   ef f icien cy     P a t t e r n   P u mp   e f f i c i e n c y   ( %)   A v e r a g e   p u m p   e f f i c i e n c y   ( %)   S P V W P S   [ 2 4 ]   P r o p o se d   I M O - M P &O   S P V W P S   [ 2 4 ]   P r o p o se d   I M O - M P &O   6 S * 2 P   7 4 . 5 9   7 9 . 6 4   6 3 . 8 7   7 0 . 3 9   5 S * 2 P   6 9 . 5 5   7 6 . 2 8   6 0 . 7 7   6 8 . 7 2   4 S * 2 P   7 2 . 4 6   7 5 . 7 1   5 8 . 4 3   6 6 . 9 4     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.