I nte rna t io na l J o urna l o f   P o wer   E lect ro nics   a nd   Driv S y s t em   ( I J P E DS)   Vo l.  1 7 ,   No .   1 Ma r ch   20 2 6 ,   p p .   3 1 7 ~ 3 34   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijp ed s . v 1 7 . i 1 . p p 3 1 7 - 3 34           317       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   G rid - tied  photo v o ltaic sy stem MP PT alg o rithms pe rforma nce:  co mpa ra tive a na ly sis       L o uis   Nica s Ng uef a ck ,   K a y o de  T im o t hy   Ak ind ej i,  Aba y o m i A .   Adebiy i   D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   P o w e r   En g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   E n g i n e e r i n g   a n d   t h e   B u i l t   E n v i r o n me n t ,     D u r b a n   U n i v e r s i t y   o f   T e c h n o l o g y ,   D u r b a n ,   S o u t h   A f r i c a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J an   2 3 ,   2 0 2 5   R ev is ed   Dec   2 3 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   J an   2 3 ,   2 0 2 6       Be twe e n   2 0 1 5   a n d   2 0 2 4 ,   g l o b a so lar  p h o t o v o lt a ic  (P V)  c a p a c it y   ro se   sig n ifi c a n t ly   fro m   2 2 3 . 2 0 4   G to   1 6 2 4   G W,   c o n tri b u ti n g   t o   t h e   re d u c ti o n   o f   g re e n h o u se   g a e m issio n a ss o c iate d   with   fo ss il - f u e l - b a se d   p o we r   g e n e ra ti o n .   S o lar  P is  re c o g n i z e d   fo it e n v ir o n m e n tal  b e n e f it a n d   is   in c re a sin g ly   se e n   a a   v iab le  a lt e rn a ti v e   f o a   l o n g - term   su sta in a b le  e n e rg y   su p p l y .   Ho we v e r,   th e   p o we o u t p u t   o f   P V   sy ste m is  h ig h l y   d e p e n d e n t   o n   a tmo sp h e ric  c o n d it i o n s,  p a rti c u la rly   so lar  irra d iatio n   a n d   tem p e ra tu re ,   wh ich   c a n   c a u se   flu c tu a ti o n a n d   re d u c e   o v e ra ll   e fficie n c y .   To   a d d re ss   th is,   m a x imu m   p o we p o i n trac k in g   (M P P T)  tec h n i q u e a re   e m p lo y e d   t o   o p ti m ize   e n e rg y   e x trac ti o n   u n d e v a ry in g   e n v iro n m e n tal  c o n d it i o n s.  T h is   stu d y   p re se n ts  a   c o m p a ra ti v e   a n a ly sis  o fo u M P P a l g o ri th m s ,   p e rtu r b - a n d - o b se rv e   (P & O),  in c re m e n tal  c o n d u c tan c e   (In C),   fu z z y   l o g ic  c o n tro l   (F LC),   a n d   a rti f icia n e u ra n e tw o rk   (AN N)  fo g r id - ti e d   P sy st e m u sin g   M ATLAB/S imu li n k .   Eac h   a lg o rit h m   wa e v a lu a ted   u n d e r   d y n a m ic   c o n d i ti o n to   d e term in e   it trac k in g   e fficie n c y   a n d   re sp o n siv e n e ss .   Th e   re su lt sh o t h a wh il e   c o n v e n ti o n a m e th o d s li k e   P & a n d   In a r e   sim p ler,   th e y   a re   les e ffe c ti v e   u n d e ra p i d ly   c h a n g i n g   c o n d it io n s.  F LC  d e m o n stra tes   fa ste c o n v e rg e n c e   b u re q u ires   g re a ter  c o m p u tatio n a re so u r c e s.  Th e   in telli g e n c o n tro ll e rs  d e m o n stra t e d   su p e ri o p e rfo rm a n c e F LC   a c h iev e d   t h e   h ig h e st  p o we o u t p u o 1 . 0 1 9 × 1 0   wi th   a   c o rre sp o n d in g   v o lt a g e   o f   1 . 4 2 2 × 1 0   V,  w h il e   th e   AN a lg o rit h m   fo ll o we d   c l o se ly   with   9 . 6 5 0 × 1 0   W   a n d   1 . 2 0 0 × 1 0   V,  re sp e c ti v e l y .   Th e   c o m p a r a ti v e   in si g h ts  g a in e d   fro m   th is   a n a ly sis  o ffe p ra c ti c a g u i d a n c e   fo se lec ti n g   M P P c o n tr o ll e r in   re a l - wo rld   s o lar en e rg y   a p p li c a ti o n s.   K ey w o r d s :   Ar tific ial  n eu r al  n etwo r k   Fu zz y   lo g ic  co n tr o ller   I n cr em en tal  c o n d u ctan ce   Ma x im u m   p o wer   p o i n   Per tu r b atio n   a n d   o b s er v atio n   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 :   Ab ay o m i A .   Ad e b iy i   Dep ar tm en t o f   E lectr ical  Po wer   E n g in ee r in g ,   Facu lty   o f   E n g in ee r in g   a n d   th e   B u ilt E n v ir o n m en t   Du r b an   Un i v er s ity   o f   T ec h n o l o g y   Du r b an ,   So u th   Af r ica   E m ail:  ab ay o m ia@ d u t.a c. za       1.   I NT RO D UCT I O N   Ph o to v o ltaic  ( PV)   ce lls   ar d ev ices  th at  d etec elec tr o m a g n etic  r ad iatio n   a n d   d is s ip ate  cu r r en o r   v o ltag e,   o r   b o th ,   in   r esp o n s t o   th c o n ce n tr atio n   o f   s o lar   i n s o latio n .   I ts   ap p licatio n   h as  g o n ex p o n e n tial,  as  p r esen ted   in   Fig u r 1 .   T h ap p r o ac h   to   h ar n ess in g   th m ax im u m   p o te n tial  o f   s o lar   en er g y   is   ter m ed   m ax im u m   p o wer   p o in tr ac k in g   ( MPPT) .   An   MPPT  is   ty p o f   elec tr o n ic  DC   to   DC   r eg u lato r   th at   m ax im izes  co m p atib ilit y   ac r o s s   th lo ad   an d   th s o lar   PV  ar r ay .   T h m ai n   ap p licatio n   a n d   m er its   o f   MPPT  in   s o lar   p o wer   s y s tem   g en er atio n   ar to   m ax im ize   th ca p ab ilit y   an d   en er g y   o f   s o lar   ce lls   [ 1 ] .   E s ca latin g   g l o b al   en er g y   n ee d s   ar d r iv in g   a   r ap id   r is in   th c o n s u m p tio n   o f   f o s s il  f u els,  r esu ltin g   in   d etr im e n tal   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  1 7 ,   No .   1 Ma r c h   20 2 6 :   317 - 3 34   318   en v ir o n m en tal  ef f ec ts   lik g lo b al  war m in g ,   ac id   r ain ,   a n d   o zo n lay er   d ep letio n   [ 1 ] .   T o   s af eg u ar d   th E ar th ' s   ec o lo g ical  b alan ce ,   it  is   im p er ativ to   d iv e r s if y   en er g y   r eso u r ce s   an d   m itig ate  th ad v er s e   im p ac ts   ass o ciate d   with   f o s s il f u el  tech n o lo g ies.  Mo r eo v er ,   th im p e n d in g   ch al len g es o f   s o ar in g   f u el  c o s ts   an d   d im in is h in g   f o s s il  f u el  r eser v es  m ay   h av a d v er s ec o n o m ic  an d   p o liti ca co n s eq u en ce s   f o r   n u m er o u s   n atio n s   in   th co m in g   y ea r s .   T o   e n s u r s u s tain ab le  d ev elo p m e n t,  en h an cin g   en e r g y   ef f icien cy   a n d   m a x im izin g   th u tili za tio n   o f   r en ewa b le  e n er g y   s o u r ce s   ( R E S)  ar e   o f   p ar a m o u n im p o r ta n ce   [ 1 ] - [ 4 ] .   On e   p o ten tial   s o lu tio n   t o   ad d r ess   th is   cr is is   is   th u tili za tio n   o f   R E S.  Am o n g s th ese,   s o lar   en er g y   h o ld s   g r ea p r o m is an d   is   ex p ec ted   to   witn ess   s ig n if ican g r o wth   in   its   m ar k et  s h ar e.   PV  ce lls   ar v iab le  m eth o d   f o r   h a r n ess in g   s o lar   en er g y .   H o wev er ,   a   ch allen g with   th s o lar   s y s tem   is   its   in ter m itten n atu r e,   as  th tim es  o f   m a x im u m   s o lar   in s o latio n   r ar ely   alig n   with   en er g y   d em an d .   Hen ce ,   it  is   lo g ical  to   s to r e   th PV  en er g y   g en e r ated   d u r in g   p er i o d s   o f   h ig h   s u n lig h n o o n ly   to   s u s tain   p o wer   s u p p ly   d u r i n g   lo w - in s o l atio n   tim es  o r   clo u d y   p er io d s   b u also   to   en s u r a   co n tin u o u s   elec tr ic  p o wer   o u tp u [ 5 ] .   T h g l o b al  PV  r o o f t o p   an d   u tili ty - s ca le  s eg m en ts '   g r o wth   is   d ep icted   in   Fig u r 1 .           Fig u r 1 .   Glo b al  PV r o o f t o p   a n d   u tili ty - s ca le  s eg m en ts   g r o w th   [ 2 ]       On o f   th e   p r im a r y   c h allen g es  f ac in g   PV  s y s tem s   is   o p er atin g   at  m ax i m u m   p o wer   u n d er   all   en v ir o n m en tal  co n d itio n s ,   in clu d in g   tem p er at u r f lu ctu atio n s ,   s h if tin g   s u n lig h t,  s h ad co n d itio n s ,   an d   m o d u le   ag ein g .   T o   ad d r ess   th ese  is s u es,  an   ef f icien alg o r ith m   ca ll ed   m ax im u m   p o we r   p o i n tr a ck in g   ( MPPT)   h as   b ee n   d e v elo p e d   [ 6 ] ,   wh ich   wi ll  in cr ea s s y s tem   ef f icien cy   an d   lo wer   co s ts   [ 7 ] .   Ma n y   r e s ea r ch   s tu d ies  o f f e r   v ar io u s   m eth o d s   to   attain   MPPT.   As  th ey   ar s im p le  to   u s an d   r ea s o n ab ly   p r iced ,   p er tu r b   an d   o b s er v e   ( P& O) ,   an d   in cr em e n tal  co n d u ctan ce   ( I n C )   ar f ew  o f   th tr ad itio n al  MPPT  m eth o d s   th at  h av b ee n   ex ten s iv ely   u tili ze d   f o r   tr ac k in g   th MPP [ 8 ] .   Ad d itio n ally ,   o s cillatio n s   n ea r   MPP  ar ca u s ed   b y   s p ec if i p r ed ilectio n .     T h p o o r   tr ac k in g   s p ee d   an d   s tr o n g   o s cillatio n s   n ea r   MPP  ar p r o b lem s   with   th es m eth o d s   [ 9 ] .   Nu m er o u s   r e s ea r ch   s tu d ies  h av e   s o u g h t o   r eso lv e   th is   is s u b y   in tr o d u cin g   a r tific ial  in tellig en ce   m et h o d o lo g ies  a n d   o p ti m izatio n   s tr ateg ies,  s u ch   as  f u zz y   lo g ic  co n tr o ller s   ( FLC)  [ 1 0 ] - [ 1 7 ] .   W h ile  th C h im p   o p tim izatio n   alg o r ith m   d o es  n o r eq u ir a   m ath em atica m o d el  o r   tech n i ca k n o wled g o f   t h ex ac m o d o f   o p er atio n ,   it  ca n   d ea with   th n o n lin ea r   p r o p er ties   [ 1 8 ] .   I n   s ev er al  a p p licatio n s ,   ar tific ial  n eu r al   n etw o r k   ( ANN)   tech n iq u es  ar wid ely   u s ed   to   h a n d le   n o n lin ea r ity   [ 1 9 ] .   A d d itio n all y ,   th b est  MPPT  s o lu tio n   is   ex p lo r ed   b y   th ap p licatio n   o f   m ac h in lear n in g   ( ML )   [ 2 0 ] .   T h eir   ef f ec tiv e n ess   is   lar g ely   r elian o n   th o r o u g h   tr ain in g ,   wh ich   ty p ically   r e q u ir es  s ig n if ican t   am o u n o f   p r o ce s s in g   p o wer   a n d   tim to   c o m p lete  [ 2 1 ] .   R ec en r esear ch   h as  s h o w n   p ar ticu lar   in ter est  in   b io - i n s p ir ed   MPPT  alg o r ith m s ,   wh ich   h av e   p r o d u ce d   s u p er i o r   o u tco m es  th an   ev o l u tio n ar y   MPPT  co n tr o ller s   in   ter m s   o f   in cr ea s ed   p r ec is io n   an d   s p ee d .   Fo r   g lo b al  p o in tr ac k in g ,   th is   s tu d y   u s ed   ar tific ial  n eu r al   n etwo r k s   an d   f u zz y   lo g ic  co n tr o l.  T h ese  m eth o d s   tr ac k ed   th g lo b al  p o in s atis f ac to r ily   in   b o th   s tan d ar d   s u n   r ad iatio n   an d   p ar tially   s h ad ed   co n d itio n s .   Ho wev er ,   th ese  m eth o d s   n ee d   in tr icate   ca lcu latio n s .   T h is   wo r k   p r o p o s es  co m p r e h en s iv co m p ar ativ a n aly s is   o f   MPPT  alg o r ith m s   with in   a   g r id - tied   p h o to v o ltaic  s y s tem   co n tex t.   Un lik p r ev i o u s   s tu d ies  th at  f o cu s   o n ly   o n   s tan d alo n e   PV  s y s tem s   o r   s im p lifie d   ir r ad ian ce   p r o f iles ,   th is   s tu d y   ev alu ates  th alg o r ith m s '   tr ac k in g   b e h av io r   u n d er   r ea lis tic  g r id - tied   co n s tr ain ts .   T h s p ec if ic  g o als  in clu d e:  i I m p lem en tin g   f o u r   wid el y   u s ed   MPPT  tech n iq u es  ( Per t u r b   a n d   Ob s er v e,   in cr em en tal  co n d u ctan ce ,   f u z zy   lo g ic,   an d   th ar tific ial  n eu r al  n etwo r k )   u n d er   id e n tical  test   co n d itio n s ;     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       Gri d - tied   p h o to v o lta ic  s ystem  MPP T a lg o r ith ms p erfo r ma n ce     ( Lo u is   N ica s N g u efa ck )   319   ii A s s e s s in g   th eir   tr ac k in g   ef f icien cy ,   co n v er g e n ce   tim e,   v o ltag r ip p le,   an d   o u tp u p o wer   s tab ilit y an d     iii A n aly zin g   th eir   s u itab ilit y   f o r   in teg r atio n   with   g r id - tied   in v er ter   s y s tem s .   T h s tu d y   in tr o d u ce s   u n if ie d   test in g   f r am ewo r k   u s in g   MA T L AB /Si m u lin k ,   wh ich   allo w s   d ir ec an d   f air   co m p a r is o n .   Fin d in g s   s h o th at   wh ile  P& is   s im p le,   it  s u f f er s   u n d er   r ap id ly   ch an g in g   c o n d itio n s ,   wh e r ea s   f u zz y   l o g i c - co n tr o lled   MPPT  o f f er s   f aster   co n v er g e n ce   b u is   co m p u tatio n ally   in ten s iv e,   p r o v id in g   ac tio n ab le   in s ig h ts   f o r   r ea l - wo r ld   MPPT  co n tr o ller   d ep l o y m en t.   T h is   wo r k   is   s tr u ctu r ed   in to   f iv m ain   s ec tio n s   f o r   clar ity   an d   f lo w : i)   Sectio n   1   in tr o d u ce s   th s tu d y ,   o u tlin in g   th p r o b lem ,   o b jec tiv es,  an d   s ig n if ican ce   o f   th r esear ch ii)   Sectio n   2   co v er s   th elec tr ical  m o d ellin g   an d   ch ar ac ter is tics   o f   th p h o to v o ltaic  ( PV)   s y s te m ,   ex p lain in g   th m eth o d o lo g y   u s ed   in   th s tu d y ;   iii)  I n   s ec tio n   3 ,   th p r o p o s ed   MPPT  alg o r ith m s   ar d escr ib ed   in   d etail,   h ig h lig h tin g   th eir   wo r k in g   p r in ci p les  an d   r elev an ce ;   iv )   Sectio n   4   p r esen ts   th s im u latio n   r esu lts ,   in clu d in g   a   th o r o u g h   a n aly s is   an d   c o m p ar is o n   o f   th p er f o r m an ce   o f   th p r o p o s ed   tech n iq u es an d   v)   Fin ally ,   s ec tio n   5   co n clu d es  th p a p er   b y   s u m m ar izin g   th k ey   f i n d in g s   a n d   th eir   im p licatio n s .       2.   M E T H O D   T h is   s tu d y   ap p r aises   th ap p r o p r iate  liter atu r e   o n   s tate - of - t h e - ar PV  tech n o lo g y   an d   o t h er   r elate d   I E E E   s tan d ar d s   in   t h d esig n   o f   p o wer   s y s tem s .   test   s y s t em   was  u s ed ,   an d   it  was  m o d elled   an d   s im u lated   in   MA T L AB /Si m u lin k   s o f twar e.   T h e   ap p r o ac h   in clu d es  th e   m o d ellin g   o f   2 5   p an els  in   s er ies  an d   2 0   p ar allel   m o d u les,  r esp ec tiv ely ,   with   a   to tal  o f   7 7 5   k W   r e q u ir ed ,   a n d   th e   m ath em atica m o d ellin g   o f   th e   PV  s y s tem   u s in g   s ev er al  MPPT  alg o r it h m s   to   s u p p o r t   th r esear ch   o b jectiv es.  Mo r eo v e r ,   a   s en s itiv ity   s tu d y   was  p er f o r m ed   t o   d i f f er en tiate   th wo r th   o f   ea ch   MPPT  a lg o r ith m ,   r esp ec tiv ely ,   to   b im p lem en ted   in   MA T L AB /S im u lin k   s o f twar e.   T h f ea tu r es  o f   s em ico n d u cto r   p - n   d i o d es  an d   s o lar   ce lls   ar v er y   s im ilar .   On e   p o p u lar   m o d el  u s ed   to   r ep r esen th e   eq u iv ale n elec tr ical  c ir cu it  o f   s o lar   ce ll  is   a   s in g le - d io d e   m o d el,   as   s h o wn   in   Fig u r 2   [ 1 ] .           Fig u r 2 .   E q u iv alen t so lar   ce ll c ir cu it o f   s in g le - d io d e   m o d e l [ 1 ]       I n   th co n tex o f   th PV  ce ll,  th o u tp u cu r r e n an d   o u tp u v o ltag ar d e n o ted   as  I   an d   V,   r esp ec tiv ely .   T h e   d io d e' s   r ev er s s atu r atio n   cu r r en t   is   r ep r esen ted   b y   I O ,   w h ile  th d io d id ea lity   f ac to r   is   d en o ted   as a .   A d d itio n ally ,   t h e   s y m b o ls   R P   an d   R S   d en o te  p ar allel  an d   s er ies r esis tan ce ,   r esp ec tiv ely .       = [  ( + × × ) 1 ] + ×   ( 1 )     = [  _  + (  ) ]    ( 2 )     W h er th s h o r t - cir cu it  cu r r en at  s tan d ar d   test   co n d itio n s   ( STC)  is   r ep r esen ted   b y   I s c_ ST C .   T h ce ll  tem p er atu r at  STC is   in d icate d   b y   T STC   ( 2 5   °C ) ,   ( W /m 2 )   r ep r esen tin g   th in s o latio n   in ci d en t o n   t h PV c ell  s u r f ac e.     T h in s o latio n   le v el  at  STC  i s   d en o ted   b y   G STC   ( 1 0 0 0   W /m 2 ) ,   an d   th s h o r cir cu it  cu r r en t   co ef f icien t,  o r   K a ,   is   u s u ally   g iv en   b y   th ce ll  m a n u f ac t u r er .   Mo r eo v e r ,   ( 2 )   e x p lain s   h o tem p er atu r e   af f ec ts   th s atu r atio n   c u r r e n I O   [ 3 ] .   T h o p e n   cir c u it  v o ltag u n d er   s tan d ar d   test   cir cu m s tan ce s   ( STC)  is   r ep r esen ted   b y   V OC_STC   in   th co n te x t p r o v id ed .     =  + (  ) [ (  + (  ) ) / × ] 1   ( 3 )       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  1 7 ,   No .   1 Ma r c h   20 2 6 :   317 - 3 34   320   Nu m er o u s   DC - DC   co n v er ter s   wer in v en ted ,   in clu d i n g   b u ck ,   c u k ,   an d   b o o s co n v er ter s .   C o n s id er in g   its   o u ts tan d in g   ef f icien cy ,   th e   b o o s co n v e r ter   i s   th m o s p o p u lar   c h o ice  a m o n g   t h ese  f o r   PV - g en er ated   s y s tem s   [ 1 ] .   T h p r im ar y   ca u s is   th at,   as  lo s s   p o wer   eq u atio n   s h o ws,  it  ca n   p r o v id e   an d   co n tr o an   o u tp u t   v o ltag e   th at   is   h ig h er   th an   th e   in p u v o ltag w h ile  m ain tain in g   a   lo o u tp u c u r r en t.   T h e   DC - DC   b o o s co n v er ter ' s   k ey   co m p o n en is   tr an s is to r   th at  co n t r o ls   th am p lifie d   p r o ce s s in g   v ia  co n tr o ller .   T r an s is to r s   s u ch   as  th e   in s u lated   g ate   b ip o lar   tr an s is to r   ( I G B T ) ,   b ip o lar   ju n ctio n   tr a n s is to r   ( B J T ) ,   a n d   m etal  o x id s em ico n d u cto r   f ield   ef f ec tr an s i s to r   ( MO SF E T )   ar f r eq u en tly   u tili ze d   in   DC - DC   co n v er ter s .   T h e   o u tp u v o ltag is   co n tin u o u s ly   h ig h er   th an   t h in p u v o ltag e   d u to   th b o o s co n v er te r .   T h cir cu it  to p o lo g y   o f   th b o o s co n v er ter   is   s h o w n   in   Fig u r 3 .   T ab les  1   an d   2   p r esen th co n v er ter   p ar am et er s   an d   n etwo r k   an d   in v er ter   p a r am eter s   u s ed   in   t h is   s tu d y .           Fig u r 3 .   B o o s t c o n v er ter   ci r c u it to p o lo g y   [ 1 ]       T a b l e   1 .   B o o s t   c o n v e r t e r   p a r a m e t e r s   D e scri p t i o n   V a l u e   S w i t c h i n g   f r e q u e n c y   ( H z )   5 0 0 0   I n d u c t o r   r e si s t a n c e   0 . 1   Ω   I n d u c t a n c e   1 0 0 e - 3   H   C a p a c i t o r   r e s i st a n c e   0 . 1   Ω   C a p a c i t a n c e   5 0 e - 6   F   Lo a d   1 5 0   Ω     T ab le  2 .   E x is tin g   n etwo r k   an d   in v er ter   p ar am eter s   D e scri p t i o n   V a l u e   D e scri p t i o n   V a l u e   B r e a k e r   r e si s t a n c e   ( O h m)   0 . 0 1   S o u r c e   i n d u c t a n c e   ( H )   1 6 . 5 8 e - 3   S n u b b e r   r e s i st a n c e   ( O h m)   1e 6   B a se   v o l t a g e   ( V r ms)   P h - Ph   2 5 e 3   S n u b b e r   c a p a c i t a n c e   C s (F )   I n f   N o mi n a l   p h a se - to - p h a se  v o l t a g e   V n   ( V r ms)   3 8 0   P h a se - to - p h a se   v o l t a g e   ( V r ms)   3 8 0   N o mi n a l   f r e q u e n c y   f n   ( H Z)   50   F r e q u e n c y   ( H Z)   50   A c t i v e   p o w e r   P   ( W )   1 0 e 3   S o u r c e   r e s i st a n c e   ( O h m)   0 . 8 9 2 9             W h en   th s witch   S   is   tu r n ed   o n ,   th e   d io d D   b ec o m es  r e v er s e - b iased ,   m ea n in g   it  n o   l o n g e r   co n d u cts  cu r r en t.  As  r esu lt,  th in d u ct o r   L   is   ef f ec tiv el y   d is co n n ec ted   f r o m   th o u tp u t   s id an d   in s tead   b ec o m es  p a r t   o f   cl o s ed   lo o p   with   th v o lta g s o u r ce .   T h is   ca u s es  th cu r r en th r o u g h   th e   in d u cto r   t o   in cr ea s lin ea r ly   d u e   to   th ap p lied   in p u v o ltag e,   s in ce   th in d u cto r   r esis ts   ch an g es  in   cu r r e n b y   s to r in g   e n er g y   in   its   m ag n etic   f ield .   Du r in g   th is   in ter v al,   t h o u tp u s tag is   is o lated   f r o m   t h in p u t,   an d   th lo ad   r ec eiv es   p o wer   s o lely   f r o m   th d is ch ar g e   o f   th o u tp u t   ca p ac ito r   C ,   wh ich   tem p o r ar ily   m ain tain s   th o u tp u v o ltag e   a n d   s u p p lies   cu r r en t   to   th lo ad .   Fig u r 4   illu s tr ates  th b eh a v io r   o f   t h in d u cto r   c u r r en i n   co n tin u o u s   co n d u ctio n   m o d ( C C M) ,   wh er th e   cu r r e n f l o win g   t h r o u g h   t h in d u cto r   r em ai n s   n o n z er o   th r o u g h o u t   th e   en tire   s witch in g   c y cle.   I n   th is   m o d e,   th in d u cto r   cu r r en r e m ain s   p o s itiv ( i.e . ,   ( )   0 )   at  all  tim es,  en s u r in g   co n tin u o u s   en er g y   tr a n s f er   an d   im p r o v ed   ef f icien cy   in   p o wer   d eliv er y .   Un d er   s tead y - s ta te  co n d itio n s   in   C C M,   th d u ty   cy cle  D,   wh ich   is   th r atio   o f   th s witch - o n   tim e   to   th to tal  s witch in g   p e r io d ,   ca n   b ca lcu lated   u s in g   ( 4 ) .     = 1   ( 4 )     W h er e:  V d   is   th in p u t v o ltag e ,   Vo   is   th co n v er ter ' s   o u tp u t v o ltag e,   an d   is   th d u ty   r atio .   T h o u tp u v o ltag V O   o f   th co n v er ter   in c r ea s es  p r o p o r tio n ally   with   th d u ty   r atio   D ,   as  in d icate d   b y   ( 4 ) .   T h is   r elatio n s h ip   s h o ws  th at  b y   ad ju s tin g   th am o u n o f   tim th e   s witch   r em ain s   o n   d u r in g   ea ch   s witch in g   cy cle,   th av er a g v o ltag d eliv er e d   to   th l o ad   ca n   b ef f ec tiv ely   co n tr o lled .   As  th d u ty   r atio   in cr ea s es,  th co n v er ter   tr an s f er s   m o r en er g y   to   th o u tp u t ,   r esu ltin g   in   h ig h er   o u tp u v o ltag e.   Ho wev er ,   ch an g in g   th d u ty   r atio   n o o n ly   af f ec ts   th o u tp u t   v o ltag e   b u also   in f lu e n ce s   th b e h av io u r   o f   b o t h   th e   in p u t   an d   o u tp u t   cu r r e n ts   o f   th c o n v er ter .   T h ese  v a r iatio n s   ca n   im p ac th o v er all  s tab ilit y   a n d   ef f icien c y   o f   th s y s tem ,   esp ec ially   in   co n tin u o u s   co n d u ctio n   m o d ( C C M) ,   wh er th in d u cto r   c u r r en t n e v er   d r o p s   to   ze r o .   T o   en s u r s m o o th   a n d   s tab le  o p e r atio n   in   th is   m o d e,   it  is   ess en tial  to   p r o p er ly   d esig n   th p ass iv co m p o n e n ts n am ely ,   th i n d u cto r   an d   ca p a cito r   u s ed   in   th e   co n v er ter .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       Gri d - tied   p h o to v o lta ic  s ystem  MPP T a lg o r ith ms p erfo r ma n ce     ( Lo u is   N ica s N g u efa ck )   321   T h ( 5 )   is   u s ed   to   ca lcu late  t h v alu o f   t h in d u cto r   L   r e q u ir ed   to   lim it  th cu r r en r i p p le  Δ I an d   m ain tain   co n tin u o u s   co n d u cti o n   ( 5 ) .     = 2   ( 5 )     Her e,   V d   is   th in p u v o ltag e,   D   is   th d u ty   r atio ,   Δ I L   is   th p ea k - to - p ea k   in d u cto r   cu r r en r ip p le,   an d   f p   is   th s witch in g   f r eq u en cy .   T h e   ( 6 )   p r o v id es  th e   r eq u i r ed   v alu e   f o r   th o u tp u ca p ac ito r   C ,   wh ich   s m o o th s   t h o u tp u v o ltag an d   r ed u ce s   th e   v o ltag r ip p le  Δ V O   ( 6 ) .     =   ( 6 )     W h er I O   is   th e   o u tp u cu r r en t ,   Δ V O   is   th allo wab le   o u tp u v o ltag r i p p le,   a n d   f p   is   th s witch in g   f r e q u en c y .   T h p r o p er   s elec tio n   o f   t h ese  co m p o n en ts   is   cr u cial  f o r   ac h iev in g   t h d esire d   p er f o r m an ce ,   m in im izin g   lo s s es,  an d   en s u r in g   th e   r eliab le  o p er atio n   o f   th e   co n v er ter   i n   C C M.           Fig u r 4 .   B o o s t c o n v er ter   v o lt ag an d   c u r r e n t w av ef o r m   in   c o n tin u o u s   co n d u ctio n   o p er atio n   [ 1 ]       3.   M AXI M U M   P O WE R   P O I N T   T RA CK I NG   ( M P P T )   I n   th ev er - ad v an cin g   f ield   o f   s o lar   en er g y   tech n o lo g y ,   m ax im u m   p o wer   p o in tr ac k in g   ( MPPT)   p lay s   v ital  r o le   in   en h a n cin g   th e   ef f icien c y   a n d   p er f o r m a n ce   o f   PV  s y s tem s .   As  s o lar   p an els  ar e   s u b ject  to   co n s tan tly   ch an g in g   e n v ir o n m en tal  f ac to r s ,   s u ch   as  ir r a d ian ce ,   tem p er at u r e,   a n d   s h a d in g ,   th elec tr ical   ch ar ac ter is tics   o f   th ese   p an els f lu ctu ate.   MPPT  is   a   p o wer   el ec tr o n ic  d ev ice  i n teg r ated   with   in tellig en t   co n tr o l   alg o r ith m s   th at  d y n am ically   tr ac k   an d   o p er ate  th e   PV  s y s tem   at  its   o p tim al  p o in t,  k n o w n   as  th m a x im u m   p o wer   p o in ( MPP) .   T h is   ca p ab ilit y   en s u r es  th at,   r eg ar d less   o f   v a r y in g   co n d itio n s ,   th e   m ax im u m   p o s s ib le  p o wer   is   ex tr ac ted   f r o m   t h s o lar   ar r ay   a n d   d eliv e r ed   to   th l o ad   with   th h ig h est p o s s ib le  ef f icien cy   [ 1 ] .   T r ad itio n ally ,   MPPT  m eth o d s   h av r elied   o n   alg o r ith m ic  tec h n iq u es d esig n ed   t o   ad j u s th e   o p er atin g   v o ltag o r   c u r r en o f   th PV  m o d u les  in   r esp o n s to   o b s er v ed   ch an g es  in   p o wer   o u tp u t.   Am o n g   th ese,   th e   p er tu r b   a n d   o b s er v ( P& O)   m eth o d   an d   th in cr em en tal  co n d u cta n ce   ( I n C )   tech n iq u h av b ee n   th m o s wid ely   ad o p ted .   T h e   P& m e th o d   o p er ates  b y   in cr em e n tally   ad ju s tin g   th e   v o ltag a n d   o b s er v in g   th e   ch a n g e   in   p o wer ;   if   th e   p o wer   in cr e ases ,   th alg o r ith m   co n tin u es  in   th e   s am d ir ec tio n ;   o th e r wis e,   it  r ev er s es.  I n   co n tr ast,  th I n C   m eth o d   d ete r m in es  th MPP  b ased   o n   th s lo p o f   th p o wer - v o ltag cu r v e,   o f f e r in g   f aster   an d   m o r p r ec is tr ac k in g   u n d er   r ap id ly   ch a n g in g   co n d itio n s .   Desp ite  th eir   ef f ec tiv en ess ,   th ese  m eth o d s   o f ten   s tr u g g le  with   tr ac k in g   d elay s ,   o s cillatio n s   ar o u n d   th MPP,  an d   s u b o p tim al  p er f o r m a n ce   d u r in g   tr a n s ien en v ir o n m en tal  ev en ts   lik f a s clo u d   m o v em e n o r   p a r tial  s h ad in g .   T o   o v er co m th ese  lim itatio n s ,   th is   r esear ch   an d   d e v elo p m e n in   MPPT  h av s h if ted   to war d   in tellig en t,  ad ap tiv tech n iq u es  r o o ted   in   ar tific ial   in tellig en ce   an d   s o f co m p u tin g .   A r tific ial  n eu r al  n etwo r k s   ( ANNs)   an d   f u zz y   lo g ic  co n tr o ller s   ( FLCs )   ar co n s id er ed   at  th f o r ef r o n o f   th is   in n o v atio n .   ANN - b ased   MPPT  s y s tem s   ar ca p ab le  o f   lear n in g   f r o m   h is to r ical  an d   r ea l - tim d ata,   a llo win g   th em   to   p r ed ict   an d   r e s p o n d   t o   ch a n g in g   c o n d itio n s   with   h ig h   d eg r e e   o f   ac cu r ac y .   Me an wh ile,   f u zz y   lo g ic  p r o v id es  r u le - b ased   y et  f lex ib le  ap p r o ac h   to   h an d le  u n ce r tain ties   in   in p u p ar am eter s ,   em u latin g   h u m an   r ea s o n in g   to   m ak d e cisi o n s   wh er p r ec is m ath em atica m o d els  ar e   in s u f f icien t.  T h ese  in tellig en m eth o d s   o f f e r   im p r o v ed   tr ac k in g   s p ee d ,   r ed u ce d   o s cillatio n s   ar o u n d   th MPP,   an d   b etter   a d ap tab ilit y   in   c o m p lex   s ce n ar io s ,   m ak i n g   th em   h ig h ly   ef f ec tiv e   in   m o d er n   PV  ap p licatio n s   [ 2 2 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  1 7 ,   No .   1 Ma r c h   20 2 6 :   317 - 3 34   322   Ho wev er ,   th e   ad v an ce m e n in   MPPT  s tr ateg ies  also   in tr o d u ce s   n ew  ch allen g es.  T h e   s elec tio n   o f   an   MPPT  tech n iq u m u s co n s id er   m u ltip le   p r ac tical  f ac to r s   s u ch   as  c o m p u tatio n al  c o m p le x ity ,   r esp o n s tim e,   im p lem en tatio n   co s t,  an d   h a r d war co m p atib ilit y .   W h ile   tr ad itio n al  m eth o d s   ar s im p ler   an d   ea s ier   to   im p lem en o n   l o w - co s m icr o co n tr o ller s ,   i n tellig en alg o r it h m s   o f ten   r e q u ir e   m o r e   s o p h i s ticated   p r o ce s s o r s   an d   g r ea ter   m em o r y ,   wh ich   c an   in cr ea s e   th o v er all   s y s tem   co s t.  C o n s eq u e n tly ,   th c h o ic b etwe en   class ical   an d   ad v a n ce d   MPPT  m eth o d s   d ep en d s   lar g el y   o n   t h s p ec if ic  r eq u ir em en ts   o f   t h PV  ap p licatio n ,   wh eth er   it  p r io r itizes  co s t - ef f ec tiv en ess ,   p r ec is io n ,   o r   s ca lab ilit y .   L o o k in g   ah ea d ,   th e   f u t u r o f   MPPT  lies   in   th d ev elo p m e n o f   h y b r id   an d   s elf - ad ap tiv s y s tem s   th at  co m b in th s tr en g th s   o f   m u ltip le  tech n iq u es.  I n teg r atio n   with   I o T   p latf o r m s ,   r ea l - tim wea th e r   d ata,   an d   e d g co m p u tin g   is   ex p e cted   to   en h a n ce   th e   p r ed ictiv ca p ab ilit ies o f   MPPT  s y s tem s ,   tr an s f o r m in g   th em   f r o m   r ea ctiv co n tr o ller s   in to   p r o ac tiv d ec is io n - m ak er s .   As  s o lar   en er g y   c o n t in u es  to   s ca le  g lo b ally ,   MPPT  will  r em ain   c r u cial  en a b ler ,   ev o l v in g   f r o m   a   m er ef f icien cy   to o l in t o   b as is   o f   s m ar t,  r esp o n s iv e,   a n d   h ig h - p er f o r m i n g   e n er g y   s y s tem s   [ 2 3 ] ,   [ 2 4 ] .     3 . 1 .     P er t urba t io n a nd   o bs er v a t io n M P P T   T h p er tu r b atio n   an d   o b s er v at io n   ( P& O)   m eth o d   r e m ain s   o n o f   th m o s f o u n d atio n al  a n d   wid ely   im p lem en ted   s tr ateg ies  in   th d o m ain   o f   MPPT.   I ts   co n tin u ed   p o p u lar ity   in   b o t h   ac ad em ic  r esear ch   an d   co m m er cial  ap p licatio n s   s tem s   f r o m   co m b in atio n   o f   tech n ical  s im p licity ,   co s t - ef f ec tiv en ess ,   an d   ea s o f   r ea l - tim im p lem en tatio n .   Des p ite  th em er g en ce   o f   m o r a d v an ce d   an d   in tellig en tr ac k in g   alg o r ith m s ,   P& s till   h o ld s   ce n tr al  p o s itio n   i n   MPPT  liter atu r an d   s er v es  as  b en ch m a r k   f o r   ev alu atin g   n ewe r   tec h n iq u es.   At  th co r e   o f   th e   P& m eth o d   lies   d ec ep tiv ely   s im p le  lo g ic:  Per tu r b   t h o p er atin g   v o ltag o r   cu r r en t o f   th e   PV  s y s tem   s lig h tly   an d   o b s er v th ef f ec o n   o u tp u p o wer .   I f   th p o wer   in cr ea s es,  th p er tu r b atio n   co n tin u es   in   th s am d ir ec tio n i f   it  d ec r ea s es,  th d ir ec tio n   is   r ev er s ed .   T h is   tr ial - an d - er r o r   ap p r o ac h   en ab les  th e   alg o r ith m   to   g r a d u ally   co n v er g o n   th m ax im u m   p o wer   p o in ( MPP) ,   wh er th o u tp u p o wer   is   at  it s   p ea k   f o r   th e   g iv en   en v ir o n m e n tal  c o n d itio n s .   T h is   alg o r ith m   ca n   b v is u alize d   th r o u g h   c o n tr o lo o p   th at   o p er ates   co n tin u o u s ly ,   m ea s u r in g   th e   cu r r e n a n d   v o ltag e   o u t p u t   o f   th PV   m o d u le  an d   m ak in g   i n cr em en tal  ad ju s tm en ts   to   th d u ty   cy cle  o f   th ass o ciate d   DC - DC   co n v er ter .   ty p ical  f lo wc h ar t o f   t h is   d ec is io n - m ak in g   p r o ce s s ,   s u ch   as  th o n s h o wn   in   Fig u r e   5 ,   h ig h lig h ts   its   s tr aig h tf o r war d   lo g ic  s tr u ct u r e.   Sin ce   it  d o es  n o t   r ely   o n   co m p le x   m ath em atica l m o d els o r   ex ten s iv d atasets ,   P& is   h ig h ly   ad ap tab le  an d   c an   b d ep lo y e d   o n   in ex p en s iv m icr o co n tr o ller s   with   lim ited   p r o ce s s in g   p o we r   [ 2 5 ] .           Fig u r 5 .   P& alg o r ith m   f l o wch ar t [ 1 ]       Ho wev er ,   th s im p licity   o f   t h P& m eth o d   is   b o th   its   s tr en g th   an d   its   lim itatio n .   Un d er   s tead y - s tate  co n d itio n s ,   it  p er f o r m s   well  an d   m ai n tain s   th o p e r atin g   p o in clo s to   th M PP .   Yet,   in   r ap id ly   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       Gri d - tied   p h o to v o lta ic  s ystem  MPP T a lg o r ith ms p erfo r ma n ce     ( Lo u is   N ica s N g u efa ck )   323   ch an g in g   en v ir o n m en ts ,   s u c h   as  wh en   cl o u d s   p ass   o v er   a   s o lar   ar r ay ,   it  m a y   s tr u g g le  t o   d is tin g u is h   wh eth er   ch an g es  in   o u tp u t   p o wer   ar e   d u to   p er tu r b atio n s   o r   ex ter n al   f ac to r s .   T h is   ca n   lead   to   o s cillatio n s   ar o u n d   th e   MPP  o r   m is d ir ec tio n   in   th tr ac k in g   p r o ce s s .   Desp ite  th i s ,   its   lo co m p u tatio n al  o v e r h ea d   an d   m in im al   h ar d war r e q u ir em e n ts   m ak it  an   attr ac tiv s o lu tio n   f o r   s m all  to   m ed iu m - s ca le  PV  s y s tem s ,   esp ec ially   in   co s t - s en s itiv ap p licatio n s .   R em ar k ab ly ,   th p r in cip les  o f   t h P& m eth o d   h av s er v ed   as  th b lu ep r in f o r   m o r s o p h is ticated   h y b r id   a n d   ad ap tiv alg o r ith m s .   Ma n y   r e s ea r ch er s   h av s o u g h t to   en h a n ce   its   p er f o r m a n ce   b y   in teg r atin g   it  with   tech n i q u es  s u ch   as  f u zz y   lo g ic,   n e u r al  n etwo r k s ,   o r   v ar ia b le  s tep - s ize  ad ju s tm en ts .   T h ese  im p r o v em e n ts   aim   to   r etain   th s im p licity   o f   P& wh ile  ad d r ess in g   its   r esp o n s iv en ess   an d   s tab ilit y   u n d er   d y n a m ic  co n d itio n s .   I n   th is   s en s e,   th P& m eth o d   is   n o ju s b asic  MPPT  tech n iq u e it  is   ca taly s f o r   in n o v ati o n ,   p latf o r m   u p o n   w h ich   th e   n e x g e n er ati o n   o f   s m ar t,   r esp o n s iv e,   an d   ad a p tiv MPPT  s tr ateg ies co n tin u es to   b b u ilt [ 2 6 ] .     3 . 2 .     I ncre m ent a c o nd uct a nce  M P P T   T h in cr em e n tal  co n d u ctan c ( I n C )   m eth o d   r e p r esen ts   m o r a n aly tical  an d   m at h em atica lly   g r o u n d ed   a p p r o ac h   to   MPPT  in   PV  s y s tem s .   I ts   d ev elo p m en em er g ed   as  r esp o n s to   th lim itatio n s   o f   s im p ler   m eth o d s ,   s u ch   as  p er tu r b atio n   an d   o b s er v atio n   ( P& O) ,   p ar ticu lar l y   in   ter m s   o f   p r ec is io n   a n d   ad ap tab ilit y   to   r ap id ly   f lu ctu a tin g   en v ir o n m en tal  co n d itio n s .   T h I n C   alg o r ith m   is   b ased   o n   cr itical  in s ig h in to   th p o wer - v o ltag ( P V)   ch ar ac ter is tics   o f   p h o to v o ltaic  ar r ay .   Sp ec if ically ,   it  ex p l o its   th f ac th at  th e   d er iv ativ o f   p o wer   with   r esp ec to   v o ltag e ,   d P/d V,   e q u als  ze r o   at  th e   m ax im u m   p o wer   p o in ( MPP) .   T h is   p r in cip le  allo ws  th MPPT  co n tr o ller   to   d eter m in e   wh eth e r   th s y s tem   h as  r ea ch ed   th MPP,  o r   wh eth er   it   s h o u ld   in cr ea s o r   d ec r ea s th o p er atin g   v o ltag to   m o v e   c lo s er   to   it.  Un lik p er tu r b atio n - b ased   tech n iq u es  th at  r ely   o n   iter ativ o b s er v a tio n ,   I n C   ca lcu lates  th is   d er iv ativ ex p licitly ,   u s in g   th P ar r ay ' s   r ea l - tim e   o u tp u cu r r en ( I )   an d   v o ltag ( V)   d ata  [ 2 7 ] .   At  th m ax im u m   p o wer   p o i n t,  th in cr e m en tal  co n d u ctan ce   ( d I /d V)   a n d   th i n s tan tan eo u s   co n d u cta n ce   ( I /V)   a r eq u al,   lead in g   to   t h co n d itio n   in   ( 7 ) .           = ( × )  = 1 +   1 ×   = 1 +     ( 7 )     T h is   eq u ality   f o r m s   th d ec is io n - m ak i n g   co r o f   th I n C   alg o r ith m .   I f   th in cr e m en tal  co n d u ctan ce   is   g r ea ter   th an   t h n e g ativ o f   th in s tan tan eo u s   co n d u ctan c e,   th o p er atin g   p o in lies   to   t h lef o f   th MPP,   an d   th v o ltag m u s b i n cr ea s ed .   C o n v er s ely ,   if   th i n cr em en tal  co n d u cta n ce   is   less ,   th o p er atin g   p o in lies   to   th e   r ig h o f   th MPP,  an d   t h v o ltag m u s b d ec r ea s ed .   On ly   wh en   th two   ar eq u al  d o es  th alg o r ith m   co n f ir m   th at   th MPP  h as  b ee n   l o ca ted .   An   al g o r ith m i im p lem en tatio n   o f   t h is   p r o ce s s ,   illu s tr ated   in     Fig u r 6   h i g h lig h ts   its   s y s tem atic  n atu r an d   r esp o n s iv e n ess   to   d y n a m ic  co n d itio n s .     T h I n C   m et h o d   o f f e r s   d is tin ct  ad v an tag e   in   g r id - tied   s y s tem s ,   wh er p r ec is io n   an d   r ea l - tim e   ad ap tab ilit y   ar p ar a m o u n t.  As  it  av o id s   u n n ec ess ar y   o s cillatio n s   ar o u n d   th MPP  an d   m ak es  in f o r m ed   v o ltag ad ju s tm en ts   b ased   o n   s lo p an aly s is ,   it  en ab les  m o r e   s tab le  an d   ef f icien o p er atio n ,   p ar ticu lar ly   u n d e r   co n d itio n s   o f   r ap id   ir r a d ian c f lu ctu atio n   o r   p ar tial  s h ad i n g ,   w h er o th er   m eth o d s   o f ten   f alter .   T h e   ( 8 )   th r o u g h   ( 1 0 )   p r o v id t h lo g i f o u n d atio n   f o r   th d ir ec tio n al  d ec is io n - m ak in g   with in   t h e   I n C   alg o r ith m .   B y   ev alu atin g   t h r elatio n s h ip   b et wee n   d I /d V   an d   I /V  in   r ea l   tim e,   th e   MPPT  co n tr o ller   ca n   ac cu r ately   d ete r m in e   wh eth er   to   in cr ea s e,   d ec r ea s e,   o r   m ain tain   th PV  o p er atin g   v o ltag e,   e n s u r in g   c o n s is ten an d   ef f icien tr ac k in g   o f   th MPP e v en   u n d er   r ap id ly   ch an g in g   e n v ir o n m en tal  co n d itio n s   [ 2 8 ] .       = 0                      > 1 , (       )   ( 8 )       = 0                      = 1 , (    )   ( 9 )       = 0                      < 1 , (      )   ( 1 0 )     Mo r eo v er ,   d u t o   its   d eter m in is tic  co n tr o l o g ic,   I n C   is   well - s u ited   f o r   in teg r atio n   in to   d ig ital   co n tr o ller s   a n d   m icr o p r o ce s s o r s   u s ed   in   m o d er n   p o wer   elec tr o n ic  c o n v er te r s .   W h ile  it  m ay   r eq u ir s lig h tly   m o r co m p u tatio n al   r eso u r ce s   th an   P& O,   its   in cr ea s ed   ac cu r ac y   a n d   tr ac k in g   s tab ilit y   m ak it  p r ef er r e d   ch o ice  in   m a n y   h ig h - p er f o r m a n ce   g r id - tied   PV  ap p licatio n s .   As  r esu lt,  th in cr em en tal  c o n d u ctan ce   m eth o d   is   n o ju s an   alter n ativ to   s im p ler   MPPT  alg o r ith m s it  is   s o p h is ticated   s tr ateg y   t h at  e m b o d ies  th e   b alan ce   b etwe en   m ath em atica r ig o r ,   alg o r ith m ic  p r ec is io n ,   an d   p r ac tical  p er f o r m an ce ,   a n d   co n t in u es  to   s er v as  a   b en ch m ar k   in   co m p ar ativ s tu d ies  o f   MPPT  m eth o d s   f o r   g r id - tied   p h o to v o ltaic  s y s tem s   [ 2 9 ] .   T h is   m eth o d   m ea s u r es  th PV  ar r ay ' s   o p er atin g   v o ltag e   ( V)   a n d   c u r r e n ( I )   u s in g   two   s en s o r s .   T h ( 1 1 )   a n d   ( 1 2 )   ca n   b e   u s ed   to   d ig itally   c o m p u te   th in cr em en tal   ch an g es  ( d V   a n d   d I )   o f   th PV  a r r ay ' s   o u t p u cu r r en t   ( I )   an d   v o ltag ( V)   b y   s am p lin g   th ese   v alu es a t su cc ess iv tim in ter v als ( k - 1 )   an d   ( k )   [ 2 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  1 7 ,   No .   1 Ma r c h   20 2 6 :   317 - 3 34   324    ( ) = ( ) ( 1 )   ( 1 1 )      ( ) = ( ) ( 1 )   ( 1 2 )           Fig u r 6 .   I n C   MPPT  f lo wch ar t [ 1 ]       3 . 3 .     Art if ici a neura l net wo rk   co nt ro lled M P P T   As  th d em a n d   f o r   s m ar ter ,   m o r r esp o n s iv e,   an d   ad a p tiv r en ewa b le   en er g y   s y s tem s   in cr ea s es,   Ar tific ial  n eu r al  n etwo r k s   ( ANNs)   h av em er g ed   as   tr an s f o r m ativ e   ap p r o ac h   in   t h d ev elo p m e n o f   m ax im u m   p o wer   p o i n tr ac k i n g   ( MPPT)   alg o r ith m s .   R ep r e s en tin g   b r an c h   o f   ar tific ial  in tellig en ce ,   ANN - b ased   MPPT  s tr ateg ies  o f f er   d is tin ct  ad v a n tag es  o v er   tr a d itio n al  tech n i q u es,  p a r ticu la r ly   in   d y n am ic  an d   u n p r e d ictab le  en v ir o n m e n tal  co n d itio n s .   C o n v en tio n al   MPPT  alg o r ith m s s u ch   as  p er tu r b atio n   an d   o b s er v atio n   ( P& O)   a n d   in cr e m en tal  co n d u cta n ce   ( I n C ) wh ile  ef f ec tiv in   s tead y - s tate  co n d itio n s ,   o f te n   s u f f er   f r o m   d elay e d   c o n v er g e n ce   an d   s u b o p tim al  p er f o r m a n ce   u n d er   r ap id   v a r iatio n s   in   s o lar   ir r ad ian ce   an d   tem p er atu r e.   T h ese  s h o r tco m i n g s   ca n   r esu lt in   o s cillatio n s   n ea r   th m ax im u m   p o wer   p o i n ( MPP)   o r   f ailu r t o   tr ac k   it  alto g eth er .   I n   co n tr ast,  ANN - b ased   MPPT  o v er co m es  th ese  lim itatio n s   th r o u g h   d ata - d r iv e n ,   ad ap tiv lear n i n g   ap p r o ac h   ca p ab le  o f   g en er alizin g   co m p le x ,   n o n lin ea r   r elatio n s h ip s   b et wee n   en v ir o n m en tal  v ar iab les  an d   th e   s y s tem s   p o wer   o u tp u t.  T h co r e   s tr u ctu r o f   a n   ANN - co n tr o lled   MPPT  s y s tem   i s   illu s tr ated   in   Fig u r 7 .   T h is   c o n f ig u r atio n   ty p ically   em p l o y s   s o lar   ir r ad ian ce   an d   ce ll  te m p er atu r as  in p u t   v ar iab les  to   th e   n eu r al  n etwo r k .   T h e   n etwo r k   is   tr ain ed   to   m ap   th ese  in p u ts   to   a   co r r esp o n d in g   d u ty   r atio   f o r   th DC - DC   co n v er ter ,   w h ich   ad ju s ts   th o p er atin g   p o in o f   th p h o to v o ltaic  ( PV)   ar r ay   to   m atch   th e   MPP  in   r ea tim e.   T h is   tr ain in g   p r o ce s s   u tili ze s   s u p er v is ed   lear n in g   tech n iq u es,  wh e r ein   th AN is   p r esen ted   with   m u ltip le  s ce n ar io s   o f   s o lar   an d   th er m al  co n d itio n s ,   an d   th co r r esp o n d in g   o p tim al  d u ty   r a tio s   ar d eter m in ed   u s in g   k n o wn   MPP d ata  [ 3 0 ] .   On o f   th e   m o s ef f ec tiv t r ain in g   alg o r ith m s   f o r   th is   a p p licatio n   is   th L ev e n b er g - Ma r q u ar d t   b ac k p r o p ag atio n   alg o r ith m ,   k n o wn   f o r   its   f ast  co n v er g en c an d   h ig h   ac cu r ac y   in   f u n ct io n   ap p r o x im ati o n .   Du r in g   tr ain i n g ,   t h ANN  o p ti m izes  its   in ter n al  p ar am eter s   k n o wn   as  weig h ts   th r o u g h   iter ativ m in im izatio n   o f   th e   m ea n   s q u a r ed   e r r o r   ( MSE )   b etwe en   t h p r ed icted   o u tp u ( a )   an d   th e   ac tu al  t ar g et  o u tp u t   ( t ) ,   as   d escr ib ed   in   ( 1 3 ) .     = 1 ( ) 2 = 1   ( 1 3 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       Gri d - tied   p h o to v o lta ic  s ystem  MPP T a lg o r ith ms p erfo r ma n ce     ( Lo u is   N ica s N g u efa ck )   325   W h er N   r ep r esen ts   th e   n u m b er   o f   tr ain in g   s am p les,  t v   is   th d esire d   o u tp u t   f o r   th e   v th   s a m p le,   an d   a v   is   th e   p r ed icted   o u tp u t.  T h tr ain i n g   g o al  is   to   m in im ize  th is   er r o r   ac r o s s   th d ataset,   th er eb y   en ab lin g   th ANN  to   lear n   th o p tim al  d u ty   r atio   f o r   an y   g iv en   e n v ir o n m en tal   co n d itio n .           Fig u r 7 .   ANN - co n tr o lled   MP PT  s tr u ctu r [ 9 ]       T h p r ac tical  r ea lizatio n   o f   ANN - b ased   MPPT  h as  b ee n   ex p lo r ed   ac r o s s   v ar io u s   co n v er te r   to p o lo g ies,  in clu d in g   B o o s an d   C UK  co n v er ter s ,   wh er t h ANN  s er v es  as  an   in telli g en co n tr o ller   th at  co n tin u o u s ly   ad ju s ts   th o p er atin g   p o in o f   th P s y s tem .   T h s im u latio n   en v ir o n m en o f   MA T L AB /S im u lin k   was  u s ed   to   v alid ate  th e   m o d el,   co n f ir m in g   its   s u p er i o r ity   in   b o t h   r esp o n s tim e   an d   tr ac k in g   ac cu r ac y .   Of   p ar ticu l ar   in ter est  is   th u s o f   f ee d - f o r war d   m u lti - lay er   n eu r al  n etwo r k s ,   wh ich   c o n s is o f   in p u t,  h id d e n ,   an d   o u tp u lay er s   ar r an g e d   in   f o r war d - o n ly   to p o l o g y .   T h ese  ar ch itect u r es  ar ca p ab le  o f   ap p r o x im atin g   h i g h ly   n o n lin ea r   f u n ctio n s   an d   ca n   g en e r alize   well  to   u n s ee n   d ata,   m ak in g   th e m   h ig h ly   s u itab le  f o r   r ea l - wo r l d   s o lar   en er g y   s y s tem s   th at  en co u n te r   v ar y in g   o p e r atio n al  co n d itio n s   th r o u g h o u th d ay .   I n tr i n s ically ,   ANN - co n tr o lled   MPPT  r ep r esen ts   p ar ad ig m   s h if in   PV  en er g y   o p tim izatio n   m o v in g   f r o m   r u le - b ased   lo g ic  to   in tell ig en t,  s elf - ad ap tiv s y s tem s .   B y   lear n in g   f r o m   d ata  an d   c o n tin u o u s ly   ev o lv in g ,   ANN - d r iv en   co n tr o ller s   n o o n ly   en h an ce   e n er g y   h ar v esti n g   ef f icien c y   b u also   p av e   th way   f o r   n e x t - g en er atio n   s m ar PV  g r id s   c ap ab le  o f   o p e r atin g   a u to n o m o u s ly   an d   o p tim ally   u n d er   d iv er s an d   d y n am ic   co n d itio n s   [ 3 1 ] .     3 . 4 .     F uzzy   lo g ic  co n t r o ller  M P P T   T h em er g e n ce   o f   f u zz y   lo g ic   as  r o b u s m eth o d   f o r   h a n d l in g   u n ce r tain t y   in   co m p lex   s y s tem s   ca n   b cr ed ited   to   L o tf Z a d eh ,   w h o s p io n ee r in g   wo r k   laid   t h e   f o u n d atio n   f o r   f u zz y   s et  th eo r y .   I n   th r ea lm   o f   p h o to v o ltaic  ( PV)   s y s tem s ,   th is   ap p r o ac h   h as  tr an s lated   i n to   th d ev elo p m en o f   th e   f u z zy   lo g ic  c o n tr o ller   ( FLC) n o n lin ea r ,   r u le - b ase d   co n tr o m eth o d   th at  e f f ec ti v ely   in teg r ates  ex p er k n o wl ed g an d   h e u r is tic   d ec is io n - m ak in g   in to   th co n tr o alg o r ith m .   U n lik tr ad itio n al  MPPT  tech n iq u es  th at  r ely   h ea v ily   o n   lin ea r   m o d els  an d   m ath em atica p r ec is io n ,   FLCs   th r iv in   u n ce r tain ,   n o n lin ea r ,   an d   r a p id ly   ch an g in g   en v ir o n m e n ts ,   m ak in g   th em   p ar ticu lar ly   well - s u ited   f o r   s o lar   p o wer   ap p licatio n s .   At  its   co r e ,   th e   FLC  f o r   MPPT  co m p r is es  f o u r   m ain   c o m p o n en ts : f u zz if i ca tio n ,   f u zz y   r u le  b ase,   in f er e n ce   m ec h an is m ,   an d   d ef u zz if i ca tio n .   E ac h   p lay s   a   cr itical  r o le  i n   e n ab lin g   th e   co n tr o ller   t o   d y n am ically   d eter m in th e   o p tim al   d u ty   c y cle  a d ju s tm en f o r   a   DC - DC   co n v er ter ,   th u s   allo win g   th PV  s y s tem   to   o p er ate  at  o r   n ea r   th e   m ax im u m   p o wer   p o in ( MPP)   u n d e r   v ar y in g   s o lar   an d   en v ir o n m e n tal  co n d itio n s   [ 2 3 ] .   a)   Fu zz if icatio n   T h f u zz if icatio n   p r o ce s s   tr an s lates  cr is p   n u m er ical  in p u t s   in to   lin g u is tic  f u zz y   v ar iab les.  I n   th e   p r o p o s ed   co n tr o ller ,   th two   p r im ar y   in p u ts   ar th er r o r   ( e)   an d   th ch an g in   er r o r   ( ce ) ,   ca lcu lated   at  ea ch   s am p lin g   in s tan t ( k ) .   T h ese  ar d ef in ed   m ath em atica lly   in   ( 1 4 )   an d   ( 1 5 ) .       ( ) = ( ) ( 1 ) ( ) ( 1 )   ( 1 4 )        ( ) = ( ) ( 1 )   ( 1 5 )     Her e,   P ( k)   r e p r esen ts   th e   in s tan tan eo u s   p o wer   o f   th e   PV  a r r ay ,   an d   I ( k )   its   co r r esp o n d i n g   c u r r en t.   T h ese  in p u ts   ar th en   m ap p e d   to   lin g u is tic  s u b s ets n eg ativ b ig   ( NB ) ,   n eg ativ s m all  ( NS) ,   z er o   ( Z 0 ) ,   p o s itiv s m all  ( PS ) ,   an d   p o s itiv b ig   ( PB ) th r o u g h   m em b e r s h ip   f u n ctio n s .   T h ese  f u n ctio n s   g r ap h ically   d ef in e   th d e g r ee   o f   b elo n g in g   f o r   ea ch   in p u v ar iab le   to   its   c o r r esp o n d in g   f u zz y   s et,   en a b lin g   th e   co n tr o ller   to   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  1 7 ,   No .   1 Ma r c h   20 2 6 :   317 - 3 34   326   in ter p r et  th in p u ts   in   q u alitat iv ter m s .   Fig u r 8   illu s tr ates  th m em b er s h ip   f u n ctio n s   f o r   th in p u v a r iab les  an d   th o u tp u ( d u ty   cy cle  ch a n g e,   ∆D ) .           ( a)   ( b )     ( c)     Fig u r 8 .   Def in e d   m em b er s h ip   f u n ctio n s :   ( a )   co n v er ter   in p u cu r r en t,  ( b )   c o n v e r ter   in p u t v o ltag e,   an d     ( c)   f u zz y   co n t r o ller   o u tp u t d u t y   cy cle       b)   Fu zz y   r u le  b ase   T h f u zz y   r u le  b ase  ac ts   as   th b r ain   o f   th co n tr o ller ,   co m p r is in g   co llectio n   o f   I F - T HE r u les th at   en ca p s u late  ex p e r k n o wled g an d   i n tu itiv co n tr o r esp o n s es.  T h ese  r u les  r elate   th f u zz y   in p u ts   to   co r r esp o n d in g   f u zz y   o u t p u ts   an d   allo th s y s tem   to   r ea ct  in tellig en tly   to   v ar y in g   co n d itio n s .   T h f u zz y   lo g ic   s y s tem   is   th u s   ca p ab le  o f   m im ick in g   h u m an - lik e   d ec is io n - m ak in g ,   a d ju s tin g   th c o n v e r ter   b eh av io r   b ased   o n   p r io r   e x p er ien ce   a n d   s y s tem   k n o wled g [ 2 3 ] .   c)   I n f er en ce   m ec h an is m   I n f er en ce   is   th r ea s o n in g   en g in o f   th e   FLC.  I in ter p r ets  th r u le  b ase  b y   ev alu atin g   th f u zz y   in p u ts   an d   d eter m in in g   h o e ac h   r u le  s h o u ld   b ap p lied .   T h o u tp u f u zz y   s ets  ar co m b in ed   u s in g   m eth o d s   s u ch   as  Ma m d an o r   T a k ag i - Su g en o - Kan g   ( T SK)   i n f er en c e.   Ma m d an i n f er en ce ,   f o r   ex am p le,   is   k n o wn   f o r   its   in tu itiv an d   in ter p r etab le  r u le  r ep r esen tatio n ,   wh ile  T SK  is   co m p u tatio n ally   m o r ef f icien f o r   r ea l - tim e   ap p licatio n s .   T h e   s elec ted   in f er en ce   m eth o d   s y n th esizes  th v ar io u s   r u le  o u tco m es  i n to   co m p o s ite  f u zz y   o u tp u t r e p r esen tin g   t h o v e r all  co n tr o l a ctio n   [ 2 3 ] .   d)   Def u zz if icatio n   T h f in al  s tag i n   th f u zz y   co n tr o lo o p   is   d e f u zz if icatio n ,   wh ich   c o n v e r ts   th ag g r eg ated   f u zz y   o u tp u b ac k   in to   cr is p   co n t r o s ig n al  th at  ca n   b im p lem en ted   b y   th DC - DC   co n v er t er .   Am o n g   v a r io u s   d ef u zz if icatio n   m eth o d s ,   th e   c en ter   o f   g r av ity   ( C OG)   an d   ce n ter   o f   a r ea   ( C OA)   ar e   m o s c o m m o n l y   u s ed   d u e   to   th eir   b alan ce d   r ep r esen tatio n   o f   f u zz y   s ets.  I n   th is   s tu d y ,   th o u tp u t ( ∆D ( k )   is   co m p u ted   u s in g   th weig h ted   av er ag o f   th m e m b er s h ip   v a lu es,  as sh o wn   in   ( 1 6 )   an d   ( 1 7 ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.