Двухшаговый оптимизатор для систем экстремального регулирования в составе преобразователя электроэнергии солнечной батареи
DOI:
https://doi.org/10.24160/0013-5380-2026-5-42-53Ключевые слова:
экстремальное регулирование, двухшаговый оптимизатор, поиск точки максимальной мощности, фотоэлектрические системы, преобразователь, имитационное моделированиеАннотация
Статья посвящена разработке двухшагового оптимизатора с экстремальным регулированием без непосредственного вычисления градиента, работающего в системе преобразователя электроэнергии солнечной батареи на бытовую сеть. Актуальность работы обусловлена широким внедрением распределенной солнечной генерации, при котором эффективность передачи энергии в сеть в значительной степени определяется корректностью построения устройств управления, обеспечивающих поиск точки максимальной мощности при неопределённости внешних условий и параметров фотоэлектрического источника. Сформулированы основные свойства систем данного класса. Разработаны требования к функциональным узлам внешнего контура оптимизации, на основе чего предложены структурная схема двухшагового оптимизатора и алгоритм его работы, поясняющий поиск направления и принцип изменения управляющего воздействия. Работоспособность предложенного подхода подтверждена имитационным компьютерным моделированием в среде OrCAD PSpice при аналоговой схемотехнической реализации и в среде PLECS при цифровой дискретной реализации, ориентированной на микропроцессорные системы. По результатам моделирования получены временные диаграммы процессов в контуре оптимизации, демонстрирующие сходимость управляющего сигнала к оптимальному значению и сохранение устойчивой работы в установившемся режиме. Дискретная реализация верифицирована на аппроксимированной модели вольт-амперной характеристики реальной солнечной батареи
Библиографические ссылки
1. Ali M.H., Zakaria M., El-Tawab S. A Comprehensive Study of Recent Maximum Power Point Tracking Techniques for Photovoltaic Systems. – Scientific Reports, 2025, vol. 15, DOI: 10.1038/s41598-025-96247-5.
2. Worku M.Y. et al. A Comprehensive Review of Recent Maximum Power Point Tracking Techniques for Photovoltaic Systems under Partial Shading. – Sustainability, 2023, vol. 15 (14), DOI: 10.3390/su151411132.
3. Буглаев Н.А., Федяева Г.А. Система поиска точки максимальной мощности фотоэлектрической панели. – Автоматизация и моделирование в проектировании и управлении, 2025, № 4, с. 82–92.
4. Абдали Л.М. и др. Математическое моделирование с использованием алгоритма контроля точки максимальной мощности для фотоэлектрической системы. – Труды МАИ, 2023, № 130, DOI: 10.34759/trd-2023-130-20.
5. Андриянов А.И. Система управления преобразователем постоянного напряжения для солнечных панелей. – Электричество, 2023, № 9, с. 38–48.
6. Ковалев К.Л. и др. Обеспечение тактовой устойчивости силовых преобразователей. – Электричество, 2024, № 11, с. 43–50.
7. Бесекерский В.А., Попов А.П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1975, 768 с.
8. Аналитические самонастраивающиеся системы автоматического управления / под ред. В.В. Солодовникова. М.: Машиностроение, 1965, 356 с.
9. Ariyur K.B., Krstić M. Real-Time Optimization by Extremum-Seeking Feedback. Hoboken, USA: Wiley-Interscience, 2003, 236 p.
10. Brunton S.L. et al. Maximum Power Point Tracking for Photovoltaic Optimization Using Ripple-Based Extremum Seeking Control. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2010, vol. 25, No. 10, pp. 2531–2540, DOI: 10.1109/TPEL.2010.2049747.
11. Viswambaran V.K. et al. Modelling and Simulation of Maximum Power Point Tracking Algorithms & Review of MPPT Techniques for PV Applications. – 5th Int. Conf. on Electronic Devices, Systems and Applications, 2016, DOI: 10.1109/ICEDSA.2016.7818506.
12. Zhang W. et al. A Review of Maximum Power Point Tracking Methods for Photovoltaic System. – IEEE Int. Conf. on Sustainable Energy Technologies, 2016, pp. 230–234, DOI: 10.1109/ICSET.2016.7811787.
13. Мухамбедьяров Б.Б., Лукичев Д.В., Полюга Н.Л. Исследование алгоритмов поиска точки максимальной мощности для повышения эффективности фотоэлектрических преобразователей. – Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2018, т. 18, № 6, с. 1099–1107.
14. Русскин В.А., Семёнов С.М., Диксон Р.К. Исследование алгоритмов поиска точки максимальной мощности для повышающего преобразователя напряжения солнечного инвертора. – Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 2016, т. 327, № 4, с. 78–87.
15. Wang S., Guay M., Braatz R.D. Extremum-Seeking Regulator for a Class of Nonlinear Systems with Unknown Control Direction. – IEEE Transactions on Automatic Control, 2024, vol. 69, No. 12, pp. 8931–8937, DOI: 10.1109/TAC.2024.3426890.
16. Hunnekens B. et al. Extremum-Seeking Control for the Adaptive Design of Variable Gain Controllers. – IEEE Transactions on Control Systems Technology, 2015, vol. 23, No. 3, pp. 1041–1051, DOI: 10.1109/TCST.2014.2360913.
17. Scheinker A. 100 Years of Extremum Seeking: A Survey. – Automatica, 2024, vol. 161, DOI: 10.1016/j.automatica.2023.111481.
18. Bhattacharjee D., Subbarao K. Extremum Seeking Control with Attenuated Steady-State Oscillations. – Automatica, 2021, vol. 125, DOI: 10.1016/j.automatica.2020.109432.
19. Либерзон Л.М., Родов А.Б. Системы экстремального регулирования. М.-Л.: Энергия, 1965, 160 с.
20. Растригин Л.А. Системы экстремального управления. М.: Наука, 1974, 630 с.
21. Мелешин В.И., Овчинников Д.А. Управление транзисторными преобразователями электроэнергии. М.: Техносфера, 2011, 576 с.
22. Oppenheim A.V., Schafer R.W. Discrete-Time Signal Processing. Upper Saddle River, USA: Pearson Prentice Hall, 2009.
23. Волонин М.С., Шевцов Д.А., Подгузова М.А. Аппроксимация и моделирование вольт-амперных характеристик солнечных батарей. – Практическая силовая электроника, 2024, № 4 (94), с. 26–29.
24. Волонин М.С., Шевцов Д.А., Подгузова М.А. Оптимизатор работы солнечной батареи в режиме максимальной мощности. – Практическая силовая электроника, 2024, № 4 (94), с. 30–36.
#
1. Ali M.H., Zakaria M., El-Tawab S. A Comprehensive Study of Recent Maximum Power Point Tracking Techniques for Photovoltaic Systems. – Scientific Reports, 2025, vol. 15, DOI: 10.1038/s41598-025-96247-5.
2. Worku M.Y. et al. A Comprehensive Review of Recent Maximum Power Point Tracking Techniques for Photovoltaic Systems under Partial Shading. – Sustainability, 2023, vol. 15 (14), DOI: 10.3390/su151411132.
3. Buglaev N.A., Fedyaeva G.A. Avtomatizatsiya i modelirovanie v proektirovanii i upravlenii – in Russ. (Automation and Modeling in Design and Management), 2025, No. 4, pp. 82–92.
4. Abdali L.M. et al. Trudy MAI – in Russ. (Proceedings of the MAI), 2023, No. 130, DOI: 10.34759/trd-2023-130-20.
5. Andriyanov A.I. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2023, No. 9, pp. 38–48.
6. Kovalev K.L. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2024, No. 11, pp. 43–50.
7. Besekerskiy V.A., Popov A.P. Teoriya sistem avtomaticheskogo regulirovaniya (Theory of Automatic Control Systems). M.: Nauka, 1975, 768 p.
8. Analiticheskie samonastraivayushchiesya sistemy avtomatiches-kogo upravleniya (Analytical Self-Adjusting Automatic Control Systems) / Ed. by V.V. Solodovnikov. M.: Mashinostroenie, 1965, 356 p.
9. Ariyur K.B., Krstić M. Real-Time Optimization by Extremum-Seeking Feedback. Hoboken, USA: Wiley-Interscience, 2003, 236 p.
10. Brunton S.L. et al. Maximum Power Point Tracking for Photovoltaic Optimization Using Ripple-Based Extremum Seeking Control. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2010, vol. 25, No. 10, pp. 2531–2540, DOI: 10.1109/TPEL.2010.2049747.
11. Viswambaran V.K. et al. Modelling and Simulation of Maximum Power Point Tracking Algorithms & Review of MPPT Techniques for PV Applications. – 5th Int. Conf. on Electronic Devices, Systems and Applications, 2016, DOI: 10.1109/ICEDSA.2016.7818506.
12. Zhang W. et al. A Review of Maximum Power Point Tracking Methods for Photovoltaic System. – IEEE Int. Conf. on Sustainable Energy Technologies, 2016, pp. 230–234, DOI: 10.1109/ICSET.2016.7811787.
13. Muhambed’yarov B.B., Lukichev D.V., Polyuga N.L. Nauch-no-tekhnicheskiy vestnik informatsionnyh tekhnologiy, mekhaniki i optiki – in Russ. (Scientific and Technical Bulletin of Information Tech-nologies, Mechanics and Optics), 2018, vol. 18, No. 6, pp. 1099–1107.
14. Russkin V.A., Semyonov S.M., Dikson R.K. Izvestiya Tom-skogo politekhnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov – in Russ. (Proceedings of Tomsk Polytechnic University. Georesource Engineering), 2016, vol. 327, No. 4, pp. 78–87.
15. Wang S., Guay M., Braatz R.D. Extremum-Seeking Regulator for a Class of Nonlinear Systems with Unknown Control Direction. – IEEE Transactions on Automatic Control, 2024, vol. 69, No. 12, pp. 8931–8937, DOI: 10.1109/TAC.2024.3426890.
16. Hunnekens B. et al. Extremum-Seeking Control for the Adaptive Design of Variable Gain Controllers. – IEEE Transactions on Control Systems Technology, 2015, vol. 23, No. 3, pp. 1041–1051, DOI: 10.1109/TCST.2014.2360913.
17. Scheinker A. 100 Years of Extremum Seeking: A Survey. – Automatica, 2024, vol. 161, DOI: 10.1016/j.automatica.2023.111481.
18. Bhattacharjee D., Subbarao K. Extremum Seeking Control with Attenuated Steady-State Oscillations. – Automatica, 2021, vol. 125, DOI: 10.1016/j.automatica.2020.109432.
19. Liberzon L.M., Rodov A.B. Sistemy ekstremal’nogo regu-lirovaniya (Extreme Regulation Systems). M.-L.: Energiya, 1965, 160 p.
20. Rastrigin L.A. Sistemy ekstremal’nogo upravleniya (Extreme Control Systems). M.: Nauka, 1974, 630 p.
21. Meleshin V.I., Ovchinnikov D.A. Upravlenie tranzistornymi preobrazovatelyami elektroenergii (Control of Transistor Electric Power Converters). M.: Tekhnosfera, 2011, 576 p.
22. Oppenheim A.V., Schafer R.W. Discrete-Time Signal Processing. Upper Saddle River, USA: Pearson Prentice Hall, 2009.
23. Volonin M.S., Shevtsov D.A., Podguzova M.A. Prakticheskaya silovaya elektronika – in Russ. (Practical Power Electronics), 2024, No. 4 (94), pp. 26–29.
24. Volonin M.S., Shevtsov D.A., Podguzova M.A. Prakticheskaya silovaya elektronika – in Russ. (Practical Power Electronics), 2024, No. 4 (94), pp. 30–36
