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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37073| Título: | Estudo comparativo entre controladores PI e FGS-PI aplicados ao rastreamento da máxima potência em sistemas fotovoltaicos |
| Título(s) alternativo(s): | Comparitive study of PI and FGS-PI controllers applied to maximum power tracking in photovoltaic systems |
| Autor(es): | Bigai, Mario Henrique |
| Orientador(es): | Corrêa, Fernanda Cristina |
| Palavras-chave: | Energia solar Energia - Fontes alternativas Recursos naturais renováveis Sistemas de energia fotovoltaica Sistemas difusos Sistemas de controle inteligente Controladores elétricos Eletrônica de potência Solar energy Renewable energy sources Renewable natural resources Photovoltaic power systems Fuzzy Systems Intelligent control systems Electric controllers Power electronics |
| Data do documento: | 5-Mai-2025 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Ponta Grossa |
| Citação: | BIGAI, Mario Henrique. Estudo comparativo entre controladores PI e FGS-PI aplicados ao rastreamento da máxima potência em sistemas fotovoltaicos. 2025. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2025. |
| Resumo: | As mudanças climáticas e o esgotamento de recursos fósseis estão motivando a transição para fontes de nergia renováveis, cuja energia solar fotovoltaica desempenha um importante papel ao redor do mundo. Nesse contexto, o rastreamento do ponto de máxima potência é essencial para aumentar a eficiência do sistema, devido aos efeitos das condições ambientais que impactam na potência gerada pelos módulos fotovoltaicos. O rastreamento é feito a partir do controle do conversor CC-CC conectado ao módulo fotovoltaico. Porém, os conversores apresentam dinâmicas não lineares, assim como o módulo fotovoltaico. Geralmente é feita a linearização no ponto de máxima potência de condições padrões de teste, e o controlador é projetado para o ponto de linearização. Porém, devido às variações de condições ambientais, o sistema opera majoritariamente fora do ponto de linearização, o que pode comprometer o desempenho de controle e de rastreamento da máxima potência. O presente trabalho visa projetar e comparar os controladores PI e FGS-PI aplicados no processo de rastreamento da máxima potência sob diferentes condições ambientais em sistemas fotovoltaicos. Em específico, foi estudado um carregador de baterias utilizando energia solar, que consiste em um conversor Buck, fazendo a interface entre um painel fotovoltaico e uma bateria. O controlador proposto, FGS-PI, possibilita a melhoria do desempenho dinâmico do sistema, devido à adaptabilidade a não linearidade do sistema a partir do ajuste dos ganhos do controlador. Foi aplicada a otimização com algoritmo genético no sistema FGS para adaptar os ganhos do controlador PI de modo mais eficiente a fim de otimizar o desempenho do controle, sem comprometer a estabilidade do sistema. O controlador FGS-PI otimizado superou o controlador PI em termos de desempenho de controle, e aplicado ao rastreamento do ponto de máxima potência apresentou melhoras no tempo de rastreamento. Os resultados foram observados tanto no ambiente de simulação PSIM quanto, na prática. |
| Abstract: | Climate change and the depletion of fossil resources are driving the transition to renewable energy sources, with solar photovoltaics playing an important role worldwide. In this context, tracking the maximum power point is essential to increase the system’s efficiency due to environmental conditions that impact the power generated by the photovoltaic modules. Tracking is done by controlling the DC-DC converter connected to the photovoltaic module. However, converters have non-linear dynamics, as does the photovoltaic module. Linearization is usually carried out at the maximum power point under standard test conditions, and the controller is designed for the linearization point. However, due to variations in environmental conditions, the system operates mainly outside the linearization point, which can compromise control and maximum power tracking performance. This work aims to design and compare PI and FGS-PI controllers applied to the maximum power tracking process under different environmental conditions in photovoltaic systems. Specifically, a battery charger using solar energy was studied, consisting of a Buck converter interfacing a photovoltaic panel and a battery. The proposed FGS-PI controller makes improving the system’s dynamic performance possible due to its adaptability to the system’s non-linearity by adjusting the controller’s gains. Genetic algorithm optimization was applied to the FGS system to adapt the PI controller gains more efficiently to optimize control performance without compromising system stability. The optimized FGS-PI controller outperformed the PI controller in terms of control performance, and when applied to maximum power point tracking, it showed improvements in tracking time. The results were observed both in the PSIM simulation environment and in practice. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37073 |
| Aparece nas coleções: | PG - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica |
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